特開 2024-178728 表示装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024178728

(43)【公開日】2024-12-25

(54)【発明の名称】表示装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/02 20060101AFI20241218BHJP

   G02B 27/28 20060101ALI20241218BHJP

   G02B 5/30 20060101ALI20241218BHJP

   G02B 5/32 20060101ALI20241218BHJP

   H10K 50/00 20230101ALI20241218BHJP

   H10K 50/86 20230101ALI20241218BHJP

   H10K 50/842 20230101ALI20241218BHJP

   H10K 77/10 20230101ALI20241218BHJP

【ＦＩ】

G02B27/02 Z

G02B27/28 Z

G02B5/30

G02B5/32

H10K50/00

H10K50/86

H10K50/842

H10K77/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】17

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023097097

(22)【出願日】2023-06-13

(71)【出願人】

【識別番号】502356528

【氏名又は名称】株式会社ジャパンディスプレイ

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】弁理士法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大島 徹也

(72)【発明者】

【氏名】小村 真一

【テーマコード（参考）】

2H149

2H199

2H249

3K107

【Ｆターム（参考）】

2H149AA02

2H149AA18

2H149AB23

2H149BA02

2H149BA04

2H149DA04

2H149DA12

2H149EA06

2H149EA10

2H149FC02

2H149FC07

2H149FC08

2H149FC09

2H199AB12

2H199AB42

2H199AB47

2H199AB52

2H199AB62

2H199CA13

2H199CA23

2H199CA25

2H199CA29

2H199CA48

2H199CA63

2H199CA64

2H199CA65

2H199CA66

2H199CA68

2H199CA70

2H199CA75

2H199CA86

2H199CA87

2H249CA01

2H249CA06

2H249CA09

2H249CA22

3K107AA01

3K107BB01

3K107CC32

3K107CC43

3K107DD11

3K107EE26

3K107EE27

3K107EE30

3K107EE42

3K107FF15

(57)【要約】

【課題】小型化が可能な表示装置を提供する。
【解決手段】一実施形態によれば、表示装置は、画像を表示する表示部を備える表示素子と、前記表示素子に重なる第１位相差板と、前記表示素子に重なることなく、前記表示素子に対して隣り合うホログラフィック光学素子と、前記第１位相差板及び前記ホログラフィック光学素子に対して空気層を介して向かい合う第１面と、前記第１面の反対側の第２面と、を有する第２位相差板と、前記第２面に配置された反射型偏光板と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

画像を表示する表示部を備える表示素子と、
前記表示素子に重なる第１位相差板と、
前記表示素子に重なることなく、前記表示素子に対して隣り合うホログラフィック光学素子と、
前記第１位相差板及び前記ホログラフィック光学素子に対して空気層を介して向かい合う第１面と、前記第１面の反対側の第２面と、を有する第２位相差板と、
前記第２面に配置された反射型偏光板と、
を備える、表示装置。

【請求項2】

前記表示素子は、直線偏光の表示光を出射するように構成され、
前記第１位相差板及び前記第２位相差板は、１／４波長板であり、
前記反射型偏光板は、第１直線偏光を反射し、前記第１直線偏光と異なる第２直線偏光を透過するように構成されている、請求項１に記載の表示装置。

【請求項3】

前記ホログラフィック光学素子は、レンズ作用を有し、前記反射型偏光板で反射された光を前記反射型偏光板に向けて反射するように構成されている、請求項１に記載の表示装置。

【請求項4】

さらに、前記ホログラフィック光学素子の裏面側に配置された遮光体を備える、請求項３に記載の表示装置。

【請求項5】

前記ホログラフィック光学素子は、外光を透過するように構成されている、請求項３に記載の表示装置。

【請求項6】

前記表示素子は、照明装置と、前記照明装置と前記第１位相差板との間に配置された液晶パネルと、前記照明装置と前記液晶パネルとの間に配置された第１偏光板と、前記液晶パネルと前記第１位相差板との間に配置された第２偏光板と、を備えている、請求項１に記載の表示装置。

【請求項7】

前記照明装置は、導光板と、前記導光板の側面と向かい合う光源と、を備え、
前記表示素子及びホログラフィック光学素子が並ぶ方向において、前記液晶パネルは、前記光源と前記ホログラフィック光学素子との間に位置している、請求項６に記載の表示装置。

【請求項8】

前記第１位相差板、前記第２位相差板、及び、前記ホログラフィック光学素子は、それぞれ反射防止層で覆われている、請求項１に記載の表示装置。

【請求項9】

前記表示素子及びホログラフィック光学素子が並ぶ方向において、前記表示部の幅は、前記ホログラフィック光学素子の幅と同等である、請求項１に記載の表示装置。

【請求項10】

前記ホログラフィック光学素子の法線は、前記反射型偏光板の法線と平行であり、
前記表示素子の法線は、前記反射型偏光板の法線に対して傾斜している、請求項１に記載の表示装置。

【請求項11】

画像を表示する表示部を備える表示素子と、
前記表示素子に重なることなく、前記表示素子に対して隣り合うホログラフィック光学素子と、
前記表示素子及び前記ホログラフィック光学素子に向かい合う第１主面と、前記第１主面の反対側の第２主面と、を有する透明基板と、
前記表示素子及び前記ホログラフィック光学素子をそれぞれ前記第１主面に接着する透明接着層と、
を備える、表示装置。

【請求項12】

前記表示素子は、前記第２主面で全反射される表示光を出射するように構成されている、請求項１１に記載の表示装置。

【請求項13】

前記ホログラフィック光学素子は、レンズ作用を有し、前記第２主面で反射された光を前記透明基板に向けて反射するように構成されている、請求項１１に記載の表示装置。

【請求項14】

さらに、前記ホログラフィック光学素子の裏面側に配置された遮光体を備える、請求項１３に記載の表示装置。

【請求項15】

前記ホログラフィック光学素子は、外光を透過するように構成されている、請求項１３に記載の表示装置。

【請求項16】

前記表示素子は、照明装置と、前記照明装置と前記透明基板との間に配置された液晶パネルと、前記照明装置と前記液晶パネルとの間に配置されたプリズムシートと、を備えている、請求項１１に記載の表示装置。

【請求項17】

前記照明装置は、導光板と、前記導光板の側面と向かい合う光源と、を備え、
前記表示素子及びホログラフィック光学素子が並ぶ方向において、前記液晶パネルは、前記光源と前記ホログラフィック光学素子との間に位置している、請求項１６に記載の表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、表示装置に関する。

【背景技術】

【0002】

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を実現する技術の一例として、ホログラフィック光学素子を用いて表示素子からの光をユーザの瞳に導く技術が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５－１４８６５５号公報

【特許文献2】特開２０１０－３３０２６号公報

【特許文献3】特開２００９－１５７０２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

実施形態の目的は、小型化が可能な表示装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

一実施形態によれば、表示装置は、
画像を表示する表示部を備える表示素子と、前記表示素子に重なる第１位相差板と、前記表示素子に重なることなく、前記表示素子に対して隣り合うホログラフィック光学素子と、前記第１位相差板及び前記ホログラフィック光学素子に対して空気層を介して向かい合う第１面と、前記第１面の反対側の第２面と、を有する第２位相差板と、前記第２面に配置された反射型偏光板と、を備える。

【0006】

一実施形態によれば、表示装置は、
画像を表示する表示部を備える表示素子と、前記表示素子に重なることなく、前記表示素子に対して隣り合うホログラフィック光学素子と、前記表示素子及び前記ホログラフィック光学素子に向かい合う第１主面と、前記第１主面の反対側の第２主面と、を有する透明基板と、前記表示素子及び前記ホログラフィック光学素子をそれぞれ前記第１主面に接着する透明接着層と、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、本実施形態の表示装置ＤＳＰを適用したメガネ１の外観の一例を示す斜視図である。

【図2】図２は、図１に示した表示装置ＤＳＰの一構成例を示す図である。

【図3】図３は、図２に示した表示装置ＤＳＰに適用可能な表示素子ＤＥの一構成例を示す図である。

【図4】図４は、図２に示した表示装置ＤＳＰの光学作用を説明するための図である。

【図5】図５は、図１に示した表示装置ＤＳＰの他の構成例を示す図である。

【図6】図６は、図１に示した表示装置ＤＳＰの他の構成例を示す図である。

【図7】図７は、図１に示した表示装置ＤＳＰの他の構成例を示す図である。

【図8】図８は、図１に示した表示装置ＤＳＰの他の構成例を示す図である。

【図9】図９は、図１に示した表示装置ＤＳＰの他の構成例を示す図である。

【図10】図１０は、図１に示した表示装置ＤＳＰの他の構成例を示す図である。

【図11】図１１は、図１０に示した表示装置ＤＳＰに適用可能な表示素子ＤＥの一構成例を示す図である。

【図12】図１２は、図１０に示した表示装置ＤＳＰの光学作用を説明するための図である。

【図13】図１３は、図１に示した表示装置ＤＳＰの他の構成例を示す図である。

【図14】図１４は、図１に示した表示装置ＤＳＰの他の構成例を示す図である。

【図15】図１５は、ホログラフィック光学素子ＨＥの製造方法の一例を説明するための図である。

【図16】図１６は、ホログラフィック光学素子ＨＥの製造方法の他の例を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

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。

【0009】

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、Ｙ軸、及び、Ｚ軸は、９０°以外の角度で交差していてもよい。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。

【0010】

図１は、本実施形態の表示装置ＤＳＰを適用したメガネ１の外観の一例を示す斜視図である。
メガネ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。表示装置ＤＳＰＲ、ＤＳＰＬは、いずれも表示素子ＤＥ及びホログラフィック光学素子ＨＥを備えている。表示素子ＤＥ及びホログラフィック光学素子ＨＥは、第１方向Ｘに並んでいる。表示装置ＤＳＰＲ、ＤＳＰＬは、第２方向Ｙに並んでいる。なお、表示素子ＤＥ及びホログラフィック光学素子ＨＥは、第２方向Ｙに並んでいてもよいし、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙとは異なる方向に並んでいてもよい。

【0011】

表示装置ＤＳＰＲ、ＤＳＰＬは、実質的に同一構成であり、以下、単に表示装置ＤＳＰとして説明する。

【0012】

図２は、図１に示した表示装置ＤＳＰの一構成例を示す図である。

【0013】

表示装置ＤＳＰは、表示素子ＤＥと、第１位相差板Ｒ１と、ホログラフィック光学素子ＨＥと、第２位相差板Ｒ２と、反射型偏光板ＲＰと、を備えている。表示素子ＤＥ、第１位相差板Ｒ１、ホログラフィック光学素子ＨＥ、第２位相差板Ｒ２、及び、反射型偏光板ＲＰは、いずれもＸ－Ｙ平面に沿った平板状に形成されている。ホログラフィック光学素子ＨＥの法線Ｎｈｅ、反射型偏光板ＲＰの法線Ｎｒｐ、及び、表示素子ＤＥの法線Ｎｄｅは、互いに平行であり、いずれも第３方向Ｚに平行である。

【0014】

表示素子ＤＥは、照明装置ＩＬと、液晶パネルＰＮＬと、第１偏光板Ｐ１と、第２偏光板Ｐ２と、を備えている。第１偏光板Ｐ１は、第３方向Ｚにおいて照明装置ＩＬと液晶パネルＰＮＬとの間に配置されている。液晶パネルＰＮＬは、第３方向Ｚにおいて第１偏光板Ｐ１と第２偏光板Ｐ２との間に配置されている。第１偏光板Ｐ１の透過軸Ｔ１と、第２偏光板Ｐ２の透過軸Ｔ２とは、互いに直交している。一例では、透過軸Ｔ１は第１方向Ｘに平行であり、透過軸Ｔ２は第２方向Ｙに平行である。このような表示素子ＤＥは、直線偏光の表示光ＤＬを第２偏光板ＰＬ２から出射するように構成されている。第２偏光板ＰＬ２から出射時の表示光ＤＬの偏光軸は、透過軸Ｔ２に平行である。第２偏光板ＰＬ２から出射時の表示光ＤＬは、例えば、発散光である。

【0015】

なお、表示素子ＤＥの構成は、図示した例に限らない。例えば、表示素子ＤＥは、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。表示素子ＤＥが発光素子を備えた表示パネルである場合、照明装置や第１偏光板は省略される。

【0016】

第１位相差板Ｒ１は、第３方向Ｚにおいて表示素子ＤＥに重なっている。図示した例では、第１位相差板Ｒ１は、第２偏光板Ｐ２に重なっている。このような第１位相差板Ｒ１は、１／４波長板であり、透過する所定波長の光に対して１／４波長の位相差を付与するものである。詳述しないが、第１位相差板Ｒ１の遅相軸は、第１偏光板Ｐ１の透過軸Ｔ１に対して約４５°の角度で交差している。
本明細書で、２つの部材が「重なる」状態とは、一方の部材の法線上に他の部材の一部が存在している状態と定義する。そして、「重なる」状態は、２つの部材が互いに接している状態、２つの部材が互いに接着されている状態、２つの部材の間に空間や他の部材が存在している状態を含むものとする。

【0017】

ホログラフィック光学素子ＨＥは、第３方向Ｚにおいて表示素子ＤＥに重なることなく、第１方向Ｘにおいて表示素子ＤＥに対して隣り合うように配置されている。ホログラフィック光学素子ＨＥは、支持体ＢＳ１に支持されている。ホログラフィック光学素子ＨＥは、干渉縞のパターンを記録した樹脂フィルムであり、特定波長の入射光を所定の方向に回折するとともに、入射光を集光するレンズ作用を有している。

【0018】

第２位相差板Ｒ２は、第３方向Ｚにおいて、第１位相差板Ｒ１及びホログラフィック光学素子ＨＥに対して空気層Ａを介して対向するように配置されている。第２位相差板Ｒ２は、第１面Ｒ２ａと、第１面Ｒ２ａの反対側の第２面Ｒ２ｂと、を有している。第１面Ｒ２ａ及び第２面Ｒ２ｂは、第３方向Ｚにおいて対向している。第１面Ｒ２ａは、第１位相差板Ｒ１及びホログラフィック光学素子ＨＥに向かい合う面に相当する。このような第２位相差板Ｒ２は、１／４波長板であり、透過する所定波長の光に対して１／４波長の位相差を付与するものである。詳述しないが、第２位相差板Ｒ２の遅相軸は、第２偏光板Ｐ２の透過軸Ｔ２に対して約４５°の角度で交差し、また、第１位相差板Ｒ１の遅相軸と直交している。

【0019】

反射型偏光板ＲＰは、第２位相差板Ｒ２の第２面Ｒ２ｂに配置されている。また、図示した例では、反射型偏光板ＲＰ及び第２位相差板Ｒ２の積層体は、透明な支持体ＢＳ２に支持されている。反射型偏光板ＲＰとしては、多層薄膜型のものや、ワイヤグリッド型のものなどを適用可能である。このような反射型偏光板ＲＰは、第１直線偏光を反射し、第１直線偏光とは異なる第２直線偏光を透過するように構成されている。反射型偏光板ＲＰの透過軸Ｔｒｐと、第２偏光板Ｐ２の透過軸Ｔ２とは、互いに直交している。一例では、透過軸Ｔｒｐは第１方向Ｘに平行であり、第１直線偏光の偏光軸は透過軸Ｔｒｐに直交し、第２直線偏光の偏光軸は透過軸Ｔｒｐに平行である。

【0020】

以下に、表示装置ＤＳＰにおける光学作用について簡単に説明する。
表示素子ＤＥから出射された表示光ＤＬは、破線で示すように、第１位相差板Ｒ１を透過した後に、空気層Ａを経由して、第２位相差板Ｒ２を透過し、反射型偏光板ＲＰで反射される。反射型偏光板ＲＰで反射された表示光ＤＬは、空気層Ａを経由してホログラフィック光学素子ＨＥで反射される。ホログラフィック光学素子ＨＥで反射された表示光ＤＬは、再び空気層Ａを経由して、第２位相差板Ｒ２を透過した後に反射型偏光板ＲＰを透過し、ホログラフィック光学素子ＨＥのレンズ作用を受けてユーザの瞳Ｅに集光される。

【0021】

図３は、図２に示した表示装置ＤＳＰに適用可能な表示素子ＤＥの一構成例を示す図である。

【0022】

液晶パネルＰＮＬは、透過型であり、第１基板ＳＵＢ１と、第２基板ＳＵＢ２と、液晶層ＬＣと、を備えている。液晶層ＬＣは、第３方向Ｚにおいて第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。
液晶パネルＰＮＬは、第３方向Ｚにおいて照明装置ＩＬと第１位相差板Ｒ１との間に配置されている。第１偏光板Ｐ１は、第３方向Ｚにおいて照明装置ＩＬと液晶パネルＰＮＬとの間に配置され、例えば第１基板ＳＵＢ１に接着されている。第２偏光板Ｐ２は、第３方向Ｚにおいて液晶パネルＰＮＬと第１位相差板Ｒ１との間に配置され、例えば第２基板ＳＵＢ２に接着されている。
表示部ＤＡは、液晶パネルＰＮＬにおいて、画像を表示するように構成された領域である。表示素子ＤＥの法線Ｎｄｅとは、例えば第１基板ＳＵＢ１あるいは第２基板ＳＵＢ２の法線に相当する。

【0023】

照明装置ＩＬは、導光板ＬＧと、光源ＬＳと、を備えている。導光板ＬＧは、第３方向Ｚにおいて第１偏光板Ｐ１と向かい合っている。光源ＬＳは、第１方向Ｘにおいて導光板ＬＧの側面ＬＧａと向かい合っている。光源ＬＳは、第１方向Ｘにおいて、導光板ＬＧを挟んでホログラフィック光学素子ＨＥとは反対側に配置されている。液晶パネルＰＮＬは、第１方向Ｘにおいて、光源ＬＳとホログラフィック光学素子ＨＥとの間に位置している。

【0024】

光源ＬＳは、詳述しないが、青波長の光を出射するように構成された発光素子、緑波長の光を出射するように構成された発光素子、及び、赤波長の光を出射するように構成された発光素子と、を備えている。これらの発光素子としては、例えば、レーザー素子が適用される。

【0025】

光源ＬＳから出射された光は、導光板ＬＧの内部で全反射されながら伝播される。伝播される光のうち、全反射条件から外れた光は、導光板ＬＧから液晶パネルＰＮＬに向かって出射され、照明光を形成する。液晶パネルＰＮＬに入射する照明光は、法線Ｎｄｅに対して傾斜している。液晶パネルＰＮＬは、表示部ＤＡにおいて照明光を選択的に変調する。そして、照明光の一部は、第２偏光板Ｐ２を透過し、直線偏光の表示光ＤＬを形成する。

【0026】

図４は、図２に示した表示装置ＤＳＰの光学作用を説明するための図である。

【0027】

まず、表示素子ＤＥの第２偏光板Ｐ２を透過した第１直線偏光ＬＰ１の表示光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。

【0028】

第２位相差板Ｒ２を透過した第１直線偏光ＬＰ１は、反射型偏光板ＲＰで反射される。反射型偏光板ＲＰで反射された第１直線偏光ＬＰ１は、第２位相差板Ｒ２を透過して第２円偏光ＣＰ２に変換される。第２円偏光ＣＰ２は、第１円偏光ＣＰ１とは逆回りの円偏光である。

【0029】

第２位相差板Ｒ２を透過した第２円偏光ＣＰ２は、ホログラフィック光学素子ＨＥで反射・回折される。ホログラフィック光学素子ＨＥ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２直線偏光ＬＰ２に変換される。第２直線偏光ＬＰ２は、第１直線偏光ＬＰ１と直交する偏光軸を有する直線偏光である。

【0030】

第２位相差板Ｒ２を透過した第２直線偏光ＬＰ２は、反射型偏光板ＲＰを透過し、ホログラフィック光学素子ＨＥのレンズ作用を受けてユーザの瞳Ｅに集光される。

【0031】

なお、図４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。

【0032】

このような構成例によれば、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。したがって、表示装置ＤＳＰの小型化が可能となる。

【0033】

また、表示素子ＤＥ及びホログラフィック光学素子ＨＥは、第３方向Ｚに重なることなく、第１方向Ｘに並んでいる。つまり、第３方向Ｚにおいて表示素子ＤＥと反射型偏光板ＲＰとの間に、ホログラフィック光学素子ＨＥが存在しない。このため、表示素子ＤＥから反射型偏光板ＲＰに至る表示光ＤＬの光路において、表示光ＤＬがホログラフィック光学素子ＨＥで反射されることがない。したがって、ホログラフィック光学素子ＨＥにおいて、反射型偏光板ＲＰからの反射光のほぼすべてが反射される場合を想定すると、表示素子ＤＥから出射された表示光ＤＬのほぼ１００％を瞳Ｅに集光することができ、光の利用効率を向上することができる。

【0034】

図５は、図１に示した表示装置ＤＳＰの他の構成例を示す図である。
図５に示す構成例は、図２に示した構成例と比較して、ホログラフィック光学素子ＨＥの裏面側に遮光体ＬＳＭが配置された点で相違している。図示した例では、遮光体ＬＳＭは、第３方向Ｚにおいて、支持体ＢＳ１に重なっている。ホログラフィック光学素子ＨＥは、第３方向Ｚにおいて第２位相差板Ｒ２と遮光体ＬＳＭとの間に位置している。
遮光体ＬＳＭは、支持体ＢＳ１に接着されたフィルムであってもよいし、メガネに対して着脱可能な板材であってもよい。また、遮光体ＬＳＭは、外光の透過率を変更可能に構成された液晶素子などであってもよい。
このような構成例の表示装置ＤＳＰを備えたメガネは、例えば、仮想現実を提供する用途に利用することができる。

【0035】

図６は、図１に示した表示装置ＤＳＰの他の構成例を示す図である。
図６に示す構成例は、図２に示した構成例と比較して、ホログラフィック光学素子ＨＥが外光ＡＬを透過するように構成された点で相違している。ユーザは、表示装置ＤＳＰの周辺環境を視認しながら、表示素子ＤＥに表示された画像を視認することができる。
このような構成例の表示装置ＤＳＰを備えたメガネは、例えば、拡張現実を提供する用途に利用することができる。

【0036】

図７は、図１に示した表示装置ＤＳＰの他の構成例を示す図である。
図７に示す構成例は、図２に示した構成例と比較して、第１位相差板Ｒ１、第２位相差板Ｒ２、及び、ホログラフィック光学素子ＨＥがそれぞれ反射防止層ＡＲで覆われている点で相違している。
反射防止層ＡＲが存在しない場合、第１位相差板Ｒ１と空気層との界面、第２位相差板Ｒ２と空気層との界面、及び、ホログラフィック光学素子ＨＥと空気層との界面において、不所望な反射光を生成するおそれがある。このような不所望な反射光は、表示光ＤＬの正規の光路とは異なる光路を通ってユーザの瞳Ｅに到達するおそれがあり、表示品位の低下を招く原因となり得る。
図７に示す構成例によれば、第１位相差板Ｒ１と空気層との界面での反射、第２位相差板Ｒ２と空気層との界面での反射、及び、ホログラフィック光学素子ＨＥと空気層との界面での反射が抑制される。このため、表示品位の低下を抑制することができる。

【0037】

図８は、図１に示した表示装置ＤＳＰの他の構成例を示す図である。
図８に示す構成例は、図２に示した構成例と比較して、表示光ＤＬが平行光である点で相違している。このような構成例においては、表示素子ＤＥ及びホログラフィック光学素子ＨＥが並ぶ第１方向において、表示部ＤＡの幅Ｗｄａは、ホログラフィック光学素子ＨＥの幅Ｗｈｅと同等である。
表示光ＤＬが発散光である場合、幅Ｗｈｅは、幅Ｗｄａより大きく設定する必要がある。図８に示す構成例においては、図２に示した構成例と比較して、ホログラフィック光学素子ＨＥの幅Ｗｈｅを小さくすることができ、表示装置ＤＳＰのさらなる小型化が可能となる。また、表示光ＤＬの出射角度が一定であるため、光学設計が容易となる。
図示していないが、図７に示した構成例と同様に、反射防止層ＡＲが適用されてもよい。

【0038】

図９は、図１に示した表示装置ＤＳＰの他の構成例を示す図である。
図９に示す構成例は、図２に示した構成例と比較して、表示素子ＤＥの法線Ｎｄｅが反射型偏光板ＲＰの法線Ｎｒｐに対して傾斜している点で相違している。表示素子ＤＥは、ホログラフィック光学素子ＨＥに近接する端部ＤＥａと、端部ＤＥａとは反対側の端部ＤＥｂとを有している。表示素子ＤＥは、端部ＤＥｂが端部ＤＥａよりも反射型偏光板ＲＰに近接するように傾斜している。なお、ホログラフィック光学素子ＨＥの法線Ｎｈｅは、法線Ｎｒｐと平行である。
表示素子ＤＥの法線Ｎｄｅに沿って出射される表示光ＤＬは、発散光でもよいし、平行光であってもよい。なお、表示素子ＤＥは、瞳Ｅに正規の画像が集光されるように、歪を考慮した画像を表示するように構成されている。
このような構成例によれば、第１方向Ｘに沿った幅を低減することができ、表示装置ＤＳＰのさらなる小型化が可能となる。また、図２等に示した構成例と比較して、表示光ＤＬの出射角度の傾きが小さく、光学設計が容易となるとともに、表示光を正面方向に出射するための既存の照明装置ＩＬを適用することができる。
図示していないが、図７に示した構成例と同様に、反射防止層ＡＲが適用されてもよい。

【0039】

図１０は、図１に示した表示装置ＤＳＰの他の構成例を示す図である。

【0040】

表示装置ＤＳＰは、表示素子ＤＥと、ホログラフィック光学素子ＨＥと、透明基板ＳＢと、透明接着層ＡＤと、を備えている。表示素子ＤＥ、ホログラフィック光学素子ＨＥ、及び、透明基板ＳＢは、いずれもＸ－Ｙ平面に沿った平板状に形成されている。

【0041】

表示素子ＤＥは、図２に示した構成例と同様に、照明装置ＩＬと、液晶パネルＰＮＬと、第１偏光板Ｐ１と、第２偏光板Ｐ２と、を備えている。なお、表示素子ＤＥが発光素子を備えた表示パネルである場合、照明装置や第１偏光板は省略される。

【0042】

ホログラフィック光学素子ＨＥは、第３方向Ｚにおいて表示素子ＤＥに重なることなく、第１方向Ｘにおいて表示素子ＤＥに対して隣り合うように配置されている。ホログラフィック光学素子ＨＥは、支持体ＢＳ１に支持されている。ホログラフィック光学素子ＨＥは、特定波長の入射光を所定の方向に回折するとともに、入射光を集光するレンズ作用を有している。

【0043】

透明基板ＳＢは、第３方向Ｚにおいて、表示素子ＤＥ及びホログラフィック光学素子ＨＥに対向するように配置されている。液晶パネルＰＮＬは、第３方向Ｚにおいて照明装置ＩＬと透明基板ＳＢとの間に配置されている。
透明基板ＳＢは、第１主面ＳＢａと、第１主面ＳＢａの反対側の第２主面ＳＢｂと、を有している。第１主面ＳＢａ及び第２主面ＳＢｂは、第３方向Ｚにおいて対向している。第１主面ＳＢａは、表示素子ＤＥ及びホログラフィック光学素子ＨＥに向かい合う面に相当する。第２主面ＳＢｂは、透明基板ＳＢよりも低い屈折率を有する低屈折率層に接している。図示した例では、低屈折率層は、空気である。このような透明基板ＳＢは、ガラス基板あるいは樹脂基板である。

【0044】

透明接着層ＡＤは、表示素子ＤＥ及びホログラフィック光学素子ＨＥをそれぞれ第１主面ＳＢａに接着している。透明接着層ＡＤの屈折率は、不所望な反射界面の生成を抑制する観点で、透明基板ＳＢと同等であることが望ましい。

【0045】

以下に、表示装置ＤＳＰにおける光学作用について簡単に説明する。
表示素子ＤＥから出射された表示光ＤＬは、破線で示すように、透明接着層ＡＤを透過した後に、透明基板ＳＢに入射する。透明基板ＳＢに入射した表示光ＤＬは、第２主面ＳＢｂにおいて全反射される。換言すると、表示素子ＤＥは、第２主面ＳＢｂで全反射される角度で表示光ＤＬを出射するように構成されている。透明基板ＳＢで反射された表示光ＤＬは、透明接着層ＡＤを透過した後に、ホログラフィック光学素子ＨＥで反射される。ホログラフィック光学素子ＨＥで反射された表示光ＤＬは、再び透明接着層ＡＤを透過して、透明基板ＳＢを透過し、ホログラフィック光学素子ＨＥのレンズ作用を受けてユーザの瞳Ｅに集光される。

【0046】

図１１は、図１０に示した表示装置ＤＳＰに適用可能な表示素子ＤＥの一構成例を示す図である。

【0047】

表示素子ＤＥは、液晶パネルＰＮＬと、照明装置ＩＬと、プリズムシートＰＳと、を備えている。プリズムシートＰＳは、第３方向Ｚにおいて液晶パネルＰＮＬと照明装置ＩＬとの間に配置されている。

【0048】

液晶パネルＰＮＬは、図３に示した構成例と同様に、透過型であり、第１基板ＳＵＢ１と、第２基板ＳＵＢ２と、液晶層ＬＣと、を備えている。

【0049】

照明装置ＩＬは、導光板ＬＧと、光源ＬＳと、を備えている。導光板ＬＧは、第３方向ＺにおいてプリズムシートＰＳと向かい合っている。光源ＬＳは、第１方向Ｘにおいて導光板ＬＧの側面ＬＧａと向かい合っている。光源ＬＳは、第１方向Ｘにおいて、導光板ＬＧを挟んでホログラフィック光学素子ＨＥとは反対側に配置されている。液晶パネルＰＮＬは、第１方向Ｘにおいて、光源ＬＳとホログラフィック光学素子ＨＥとの間に位置している。

【0050】

光源ＬＳから出射された光は、導光板ＬＧの内部で全反射されながら伝播される。伝播される光のうち、全反射条件から外れた光は、導光板ＬＧから液晶パネルＰＮＬに向かって出射され、照明光を形成する。照明光は、プリズムシートＰＳを透過する際に、上記の通り第２主面ＳＢｂで全反射されるような角度に屈折される。プリズムシートＰＳを透過した照明光は、液晶パネルＰＮＬに入射する。液晶パネルＰＮＬは、表示部ＤＡにおいて照明光を選択的に変調する。そして、照明光の一部は、第２偏光板Ｐ２を透過し、直線偏光の表示光ＤＬを形成する。

【0051】

図１２は、図１０に示した表示装置ＤＳＰの光学作用を説明するための図である。

【0052】

まず、表示素子ＤＥの第２偏光板Ｐ２を透過した第１直線偏光ＬＰ１の表示光ＤＬは、透明基板ＳＢに入射し、第２主面ＳＢｂで全反射される。第２主面ＳＢｂで全反射された表示光ＤＬは、ホログラフィック光学素子ＨＥで反射・回折される。ホログラフィック光学素子ＨＥで反射された表示光ＤＬは、透明基板ＳＢを透過し、ホログラフィック光学素子ＨＥのレンズ作用を受けてユーザの瞳Ｅに集光される。

【0053】

なお、図１２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。また、第２偏光板Ｐ２を透過した後の表示光ＤＬの偏光状態は、直線偏光に維持されている必要はない。

【0054】

このような構成例によれば、図２に示した構成例と同様の効果が得られる。
また、位相差板や反射型偏光板等の光学部品が不要であり、軽量化及びコスト削減を実現することができる。
また、図２に示した構成例と比較して、第３方向Ｚに沿った厚さをさらに薄くすることができる。
また、表示素子ＤＥと空気層との界面、ホログラフィック光学素子ＨＥと空気層との界面が存在しないため、表示光ＤＬの光路上での不所望な反射を抑制することができる。

【0055】

図１３は、図１に示した表示装置ＤＳＰの他の構成例を示す図である。
図１３に示す構成例は、図１０に示した構成例と比較して、ホログラフィック光学素子ＨＥの裏面側に遮光体ＬＳＭが配置された点で相違している。
遮光体ＬＳＭの構成については、図５を参照して説明した構成例と同様である。
このような構成例の表示装置ＤＳＰを備えたメガネは、例えば、仮想現実を提供する用途に利用することができる。

【0056】

図１４は、図１に示した表示装置ＤＳＰの他の構成例を示す図である。
図１４に示す構成例は、図１０に示した構成例と比較して、ホログラフィック光学素子ＨＥが外光ＡＬを透過するように構成された点で相違している。ユーザは、表示装置ＤＳＰの周辺環境を視認しながら、表示素子ＤＥに表示された画像を視認することができる。
このような構成例の表示装置ＤＳＰを備えたメガネは、例えば、拡張現実を提供する用途に利用することができる。

【0057】

以下に、ホログラフィック光学素子ＨＥの製造方法について簡単に説明する。

【0058】

図１５は、ホログラフィック光学素子ＨＥの製造方法の一例を説明するための図である。

【0059】

感光性樹脂ＰＰは、透明な支持体ＢＳの一方の面に形成されている。ここでの支持体ＢＳは、図２等に示した支持体ＢＳ１と同一であってもよいし、支持体ＢＳ１とは別体であってもよい。

【0060】

物体光Ｏｂは、平行光であり、レンズＬ１を介して感光性樹脂ＰＰに向けて照射される。このとき、物体光Ｏｂは、支持体ＢＳの法線Ｎｂｓに沿った方向から照射される。
参照光Ｒｆは、平行光であり、レンズＬ２を介して感光性樹脂ＰＰに向けて照射される。このとき、参照光Ｒｆは、支持体ＢＳの法線Ｎｂｓに対して傾斜した方向から照射される。参照光Ｒｆ及び物体光Ｏｂは、同一波長の光であり、感光性樹脂ＰＰの位置において干渉する。
感光性樹脂ＰＰにおいては、参照光Ｒｆ及び物体光Ｏｂの干渉縞が記録される。これにより、法線Ｎｂｓに対して傾斜した方向からの入射光（発散光）に対して、凹面鏡と同等のレンズ作用を有するホログラフィック光学素子ＨＥが製造される。このようにして製造されたホログラフィック光学素子ＨＥは、例えば、図２等に示した表示装置ＤＳＰのホログラフィック光学素子ＨＥとして適用可能である。

【0061】

図１６は、ホログラフィック光学素子ＨＥの製造方法の他の例を説明するための図である。

【0062】

図１６に示す製造方法は、図１５に示した製造方法と比較して、参照光Ｒｆが平行光であって、レンズを介することなく感光性樹脂ＰＰに向けて照射される点で相違している。参照光Ｒｆ及び物体光Ｏｂは、同一波長の光であり、感光性樹脂ＰＰの位置において干渉する。
感光性樹脂ＰＰにおいては、参照光Ｒｆ及び物体光Ｏｂの干渉縞が記録される。これにより、法線Ｎｂｓに対して傾斜した方向からの入射光（平行光）に対して、凹面鏡と同等のレンズ作用を有するホログラフィック光学素子ＨＥが製造される。このようにして製造されたホログラフィック光学素子ＨＥは、例えば、図８に示した表示装置ＤＳＰのホログラフィック光学素子ＨＥとして適用可能である。

【0063】

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

【0064】

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。

【符号の説明】

【0065】

ＤＳＰ…表示装置
ＤＥ…表示素子 ＰＮＬ…液晶パネル ＩＬ…照明装置
Ｒ１…第１位相差板 Ｒ２…第２位相差板 ＲＰ…反射型偏光板
ＨＥ…ホログラフィック光学素子
ＳＢ…透明基板 ＡＤ…透明接着層
ＬＳＭ…遮光体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】