特開 2024-36046 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】P2024036046

(43)【公開日】2024-03-15

(54)【発明の名称】表示装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/02 20060101AFI20240308BHJP

   G02B 5/32 20060101ALI20240308BHJP

   G02B 5/30 20060101ALI20240308BHJP

【ＦＩ】

G02B27/02 Z

G02B5/32

G02B5/30

【審査請求】未請求

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022140755

(22)【出願日】2022-09-05

(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】廣澤 仁

【テーマコード（参考）】

2H149

2H199

2H249

【Ｆターム（参考）】

2H149AA17

2H149AB01

2H149BA02

2H149DA02

2H149EA02

2H199CA23

2H199CA25

2H199CA42

2H199CA63

2H199CA65

2H199CA68

2H199CA84

2H199CA97

2H249CA04

2H249CA05

2H249CA22

(57)【要約】

【課題】表示品位の低下を抑制する。
【解決手段】一実施形態によれば、表示装置は、直線偏光の表示光を出射するように構成された表示パネルと、前記表示パネルに対向する第１ホログラフィック光学素子と、前記第１ホログラフィック光学素子に対向する第２ホログラフィック光学素子と、前記第２ホログラフィック光学素子に対向し、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直線偏光を吸収する偏光板と、前記偏光板に対向し、前記第２ホログラフィック光学素子を透過した光のうち、第１円偏光を集光するレンズ作用を有するレンズ素子と、前記第１ホログラフィック光学素子と前記第２ホログラフィック光学素子との間に位置する第１位相差板と、前記偏光板と前記レンズ素子との間に位置する第２位相差板と、前記第２ホログラフィック光学素子と前記偏光板との間に位置する第３位相差板と、を備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

直線偏光の表示光を出射するように構成された表示パネルと、
前記表示パネルに対向する第１ホログラフィック光学素子と、
前記第１ホログラフィック光学素子に対向する第２ホログラフィック光学素子と、
前記第２ホログラフィック光学素子に対向し、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直線偏光を吸収する偏光板と、
前記偏光板に対向し、前記第２ホログラフィック光学素子を透過した光のうち、第１円偏光を集光するレンズ作用を有するレンズ素子と、
前記第１ホログラフィック光学素子と前記第２ホログラフィック光学素子との間に位置する第１位相差板と、
前記偏光板と前記レンズ素子との間に位置する第２位相差板と、
前記第２ホログラフィック光学素子と前記偏光板との間に位置する第３位相差板と、
を備える、表示装置。

【請求項2】

前記第１ホログラフィック光学素子及び前記第１位相差板は、積層され、
前記第１位相差板と前記第２ホログラフィック光学素子との間に空気層が介在している、請求項１に記載の表示装置。

【請求項3】

前記第２ホログラフィック光学素子、前記第３位相差板、前記偏光板、前記第２位相差板、及び、前記レンズ素子は、積層されている、請求項２に記載の表示装置。

【請求項4】

前記第１位相差板、前記第２ホログラフィック光学素子、前記第３位相差板、前記偏光板、前記第２位相差板、及び、前記レンズ素子は、積層され、
前記第１ホログラフィック光学素子と前記第１位相差板との間に空気層が介在している、請求項１に記載の表示装置。

【請求項5】

直線偏光の表示光を出射するように構成された表示パネルと、
前記表示パネルに対向する第１ホログラフィック光学素子と、
前記第１ホログラフィック光学素子に対向する第２ホログラフィック光学素子と、
前記第２ホログラフィック光学素子に対向し、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直線偏光を吸収する偏光板と、
前記偏光板に対向し、前記第２ホログラフィック光学素子を透過した光のうち、第１円偏光を集光するレンズ作用を有するレンズ素子と、
前記第１ホログラフィック光学素子と前記第２ホログラフィック光学素子との間に位置する第１位相差板と、
前記偏光板と前記レンズ素子との間に位置する第２位相差板と、
前記表示パネルと前記第１ホログラフィック光学素子との間に位置する第３位相差板と、
を備える、表示装置。

【請求項6】

前記第３位相差板、前記第１ホログラフィック光学素子、及び、前記第１位相差板は、積層され、
前記第１位相差板と前記第２ホログラフィック光学素子との間に空気層が介在している、請求項５に記載の表示装置。

【請求項7】

前記第２ホログラフィック光学素子、前記偏光板、前記第２位相差板、及び、前記レンズ素子は、積層されている、請求項６に記載の表示装置。

【請求項8】

前記第３位相差板及び前記第１ホログラフィック光学素子は、積層され、
前記第１位相差板と前記第１ホログラフィック光学素子との間に空気層が介在している、請求項５に記載の表示装置。

【請求項9】

前記第１位相差板、前記第２ホログラフィック光学素子、前記偏光板、前記第２位相差板、及び、前記レンズ素子は、積層されている、請求項８に記載の表示装置。

【請求項10】

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波長板である、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の表示装置。

【請求項11】

前記第１ホログラフィック光学素子は、第１特定入射角の光を反射し、前記第１特定入射角とは異なる入射角の光を透過し、
前記第２ホログラフィック光学素子は、前記第１特定入射角とは異なる第２特定入射角の光を反射し、前記第２特定入射角とは異なる入射角の光を透過する、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の表示装置。

【請求項12】

前記表示光の前記第１ホログラフィック光学素子への入射角をβとし、前記第１特定入射角をθ１とし、前記第２特定入射角をθ２としたとき、
β＝２・（θ２－θ１）
の関係が成り立つ、請求項１１に記載の表示装置。

【請求項13】

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ように構成された第１発光素子と、前記第１波長とは異なる第２波長の光を出射するように構成された第２発光素子と、前記第１波長及び前記第２波長とは異なる第３波長の光を出射するように構成された第３発光素子と、を備え、前記入射角βの光を形成するように構成されている、請求項１２に記載の表示装置。

【請求項14】

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、それぞれレーザー素子である、請求項１３に記載の表示装置。

【請求項15】

前記レンズ素子は、第１液晶層と、前記第１液晶層に重畳する第２液晶層と、前記第２液晶層に重畳する第３液晶層と、を備え、
前記第１液晶層、前記第２液晶層、及び、前記第３液晶層の各々は、複数の液晶分子の配向方向が固定された状態で硬化しており、
前記第１液晶層は、前記第１波長の前記第１円偏光を集光し、
前記第２液晶層は、前記第２波長の前記第１円偏光を集光し、
前記第３液晶層は、前記第３波長の前記第１円偏光を集光する、請求項１３に記載の表示装置。

【請求項16】

前記第１液晶層、前記第２液晶層、及び、前記第３液晶層の各々は、平面視において、複数の第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１５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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２００３－５０４６６３号公報

【特許文献2】特表２００３－５２９７９５号公報

【特許文献3】特開２０１８－１０６１６０号公報

【特許文献4】特開２０１９－５３１５２号公報

【特許文献5】特開２０１９－１４８６２６号公報

【特許文献6】特開２０１９－１４８６２７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、表示品位の低下を抑制すること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、
直線偏光の表示光を出射するように構成された表示パネルと、前記表示パネルに対向する第１ホログラフィック光学素子と、前記第１ホログラフィック光学素子に対向する第２ホログラフィック光学素子と、前記第２ホログラフィック光学素子に対向し、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直線偏光を吸収する偏光板と、前記偏光板に対向し、前記第２ホログラフィック光学素子を透過した光のうち、第１円偏光を集光するレンズ作用を有するレンズ素子と、前記第１ホログラフィック光学素子と前記第２ホログラフィック光学素子との間に位置する第１位相差板と、前記偏光板と前記レンズ素子との間に位置する第２位相差板と、前記第２ホログラフィック光学素子と前記偏光板との間に位置する第３位相差板と、を備える。

【0006】

他の実施形態によれば、表示装置は、
直線偏光の表示光を出射するように構成された表示パネルと、前記表示パネルに対向する第１ホログラフィック光学素子と、前記第１ホログラフィック光学素子に対向する第２ホログラフィック光学素子と、前記第２ホログラフィック光学素子に対向し、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直線偏光を吸収する偏光板と、前記偏光板に対向し、前記第２ホログラフィック光学素子を透過した光のうち、第１円偏光を集光するレンズ作用を有するレンズ素子と、前記第１ホログラフィック光学素子と前記第２ホログラフィック光学素子との間に位置する第１位相差板と、前記偏光板と前記レンズ素子との間に位置する第２位相差板と、前記表示パネルと前記第１ホログラフィック光学素子との間に位置する第３位相差板と、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、一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】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】図３は、表示装置ＤＳＰの構成例１を示す断面図である。

【図4】図４は、図３に示したレンズ素子ＬＥの一例を示す断面図である。

【図5】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】図６は、図３に示した表示装置ＤＳＰの光学作用の一例を説明するための図である。

【図7】図７は、図６に示した第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１の第１特定入射角θ１及び第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２の第２特定入射角θ２を説明するための図である。

【図8】図８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9】図９は、ヘッドマウントディスプレイ１の一構成例を示す断面図である。

【図10】図１０は、表示装置ＤＳＰの構成例２を示す断面図である。

【図11】図１１は、表示装置ＤＳＰの構成例３を示す断面図である。

【図12】図１２は、表示装置ＤＳＰの構成例４を示す断面図である。

【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る。

【0011】

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。

【0012】

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。

【0013】

表示パネル２Ｒは、例えば、液晶パネル及び偏光板を含んでいる。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）。

【0014】

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。

【0015】

表示パネル２Ｌは、例えば、液晶パネル及び偏光板を含んでいる。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）。

【0016】

表示装置ＤＳＰＬは、表示装置ＤＳＰＲと実質的に同様に構成されている。
つまり、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。

【0017】

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、液晶パネルを含む例に限らず、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を含んでいてもよい。表示パネル２Ｒ及び２Ｌ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。詳細については後述するが、表示パネル２Ｒ及び２Ｌは、直線偏光の表示光を出射するように構成されており、必要に応じて偏光板を含んでいる。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

なお、表示パネル２Ｒ及び２Ｌは、左眼ＥＬの眼前及び右眼ＥＲの眼前に亘って延びた単一の表示パネルとして構成されていてもよい。また、照明装置３Ｒ及び３Ｌは、左眼ＥＬの眼前及び右眼ＥＲの眼前に亘って延びた単一の照明装置として構成されてもよい。

【0021】

次に、本実施形態に係る表示装置ＤＳＰのいくつかの構成例について説明する。

【0022】

《構成例１》
図３は、表示装置ＤＳＰの構成例１を示す断面図である。
表示装置ＤＳＰは、表示パネル２と、照明装置３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及び照明装置３の詳細な図示を省略する。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、照明装置３は、上記の照明装置３Ｒ及び３Ｌ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。

【0023】

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。第１基板ＳＵＢ１及び第２基板ＳＵＢ２は、第３方向Ｚにおいて対向している。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３と第１基板ＳＵＢ１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ＰＬ２は、第２基板ＳＵＢ２と光学システム４との間に配置され、例えば第２基板ＳＵＢ２に接着されている。

【0024】

表示パネル２は、直線偏光の表示光ＤＬを出射するように構成された表示領域ＤＡを有している。表示領域ＤＡは、照明装置３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、直線偏光の表示光ＤＬに変換される。

【0025】

ここで説明する構成例１に限らず、他の構成例においても同様に、表示パネル２は、液晶パネルを含む例に限らない。表示パネル２が有機ＥＬ素子などの自発光型の発光素子を備えた表示パネルを含む場合、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、第２偏光板ＰＬ２を透過して直線偏光の表示光ＤＬに変換される。

【0026】

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。

【0027】

第１構造体４Ａは、第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１と、第１位相差板Ｒ１と、を備えている。第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１は、第３方向Ｚにおいて表示パネル２に対向している。

【0028】

第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１及び第１位相差板Ｒ１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。第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１及び第１位相差板Ｒ１は、第３方向Ｚに沿って積層され、互いに接着されている。第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１は、表示パネル２の第２偏光板ＰＬ２に接着されている。

【0029】

第２構造体４Ｂは、第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２と、偏光板ＰＬと、レンズ素子ＬＥと、第２位相差板Ｒ２と、第３位相差板Ｒ３と、を備えている。第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２は、第３方向Ｚにおいて第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１に対向している。偏光板ＰＬは、第３方向Ｚにおいて第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２に対向している。レンズ素子ＬＥは、第３方向Ｚにおいて偏光板ＰＬに対向している。

【0030】

第１位相差板Ｒ１は、第３方向Ｚにおいて、第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１と第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２との間に位置している。空気層４Ｃは、第３方向Ｚにおいて、第１位相差板Ｒ１と第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２との間に介在している。
第２位相差板Ｒ２は、第３方向Ｚにおいて、偏光板ＰＬとレンズ素子ＬＥとの間に位置している。第３位相差板Ｒ３は、第３方向Ｚにおいて、第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２と偏光板ＰＬとの間に位置している。

【0031】

第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２、第３位相差板Ｒ３、偏光板ＰＬ、第２位相差板Ｒ２、及び、レンズ素子ＬＥ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。第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２、第３位相差板Ｒ３、偏光板ＰＬ、第２位相差板Ｒ２、及び、レンズ素子ＬＥは、第３方向Ｚに沿って積層され、互いに接着されている。

【0032】

第１位相差板Ｒ１、第２位相差板Ｒ２、及び、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ように構成されている。

【0033】

偏光板ＰＬは、第１直線偏光を透過し、第１直線偏光と直交する第２直線偏光を吸収するように構成されている。

【0034】

第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１及び第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２は、干渉縞のパターンを有し、また、厚さ方向（第３方向Ｚ）に波長に応じた周期の屈折率分を有している。このような第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１及び第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２は、入射光のうちの一部の光を反射・回折するように構成されている。より具体的には、第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１は仮想的な反射面ＲＳ１を有し、また、第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２は仮想的な反射面ＲＳ２を有している。これらの反射面ＲＳ１及び反射面ＲＳ２は、互いに非平行である。

【0035】

第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１は、反射面ＲＳ１の法線に対して第１特定入射角で入射した光を反射し、第１特定入射角とは異なる入射角で入射した光を透過するように構成されている。第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１を透過する光は、第１特定入射角に対して±１０°以上の入射角で入射した光である。

【0036】

第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２は、反射面ＲＳ２の法線に対して第２特定入射角で入射した光を反射し、第２特定入射角とは異なる入射角で入射した光を透過するように構成されている。第２特定入射角は、第１特定入射角とは異なる角度である。第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２を透過する光は、第２特定入射角に対して±１０°以上の入射角で入射した光である。

【0037】

レンズ素子ＬＥは、後に詳述するが、液晶層ＬＣ１を備えている。液晶層ＬＣ１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ように構成されている。なお、円偏光を集光するレンズ作用を有する素子は、液晶を利用した素子に限定されるものではない。

【0038】

表示領域ＤＡは、第１方向Ｘにおいて、第１端部Ｅ１と、第１端部Ｅ１とは反対側の第２端部Ｅ２と、を有している。第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１、第１位相差板Ｒ１、第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２、第３位相差板Ｒ３、偏光板ＰＬ、第２位相差板Ｒ２、及び、レンズ素子ＬＥは、第１端部Ｅ１よりも外側に延在した第１部分Ｐ１１と、第２端部Ｅ２よりも外側に延在した第２部分Ｐ１２と、を有している。図３に示す例では、第１部分Ｐ１１及び第２部分Ｐ１２は、第１方向Ｘに沿って延在している。第１部分Ｐ１１の第１方向Ｘに沿った幅Ｗ１は、第２部分Ｐ１２の第１方向Ｘに沿った幅Ｗ２より大きい（Ｗ１＞Ｗ２）。

【0039】

図３において、第１部分Ｐ１１は表示領域ＤＡに対して右側に位置し、第２部分Ｐ１２は表示領域ＤＡに対して左側に位置している。表示光ＤＬは、図３において、左上から右下に向かった出射される。

【0040】

図４は、図３に示したレンズ素子ＬＥの一例を示す断面図である。
レンズ素子ＬＥは、基板１１と、配向膜ＡＬ１１と、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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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、レンズ素子ＬＥは、配向制御のための電極を備えていない。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

このような構成のレンズ素子ＬＥに特定波長λの第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、レンズ素子ＬＥ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。

【0052】

図６は、図３に示した表示装置ＤＳＰの光学作用の一例を説明するための図である。なお、照明装置の図示を省略し、表示パネル２は簡略化して示している。

【0053】

まず、表示パネル２は、第１直線偏光ＬＰ１である表示光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。表示光ＤＬは、表示パネル２の法線ＮＰに対して斜め方向に出射される。表示光ＤＬは、第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１に入射する。第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１に入射する第１直線偏光ＬＰ１の入射角θＡは、第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１における第１特定入射角θ１とは異なる。ここでの入射角は、仮想の反射面ＲＳ１の法線Ｎ１と入射光とのなす角度である。このため、入射角θＡの第１直線偏光ＬＰ１は、第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１を透過する。

【0054】

第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１を透過した第１直線偏光ＬＰ１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。このため、第１直線偏光ＬＰ１は、第１位相差板Ｒ１を透過する際に、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。

【0055】

第１位相差板Ｒ１を透過した第１円偏光ＣＰ１は、第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２に入射する。第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２に入射する第１円偏光ＣＰ１の入射角θＣは、第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２における第２特定入射角θ２とほぼ等しい。ここでの入射角は、仮想の反射面ＲＳ２の法線Ｎ２と入射光とのなす角度である。入射角θＣの第１円偏光ＣＰ１は、第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２の反射面ＲＳ２で第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１に向けて反射される。反射面ＲＳ２での反射光は、第１円偏光ＣＰ１とは逆回りの第２円偏光ＣＰ２である。

【0056】

第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２で反射された第２円偏光ＣＰ２は、再び、第１位相差板Ｒ１を透過した際に、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、例えば紙面に平行な方向に振動する直線偏光である。第１位相差板Ｒ１を透過した第２直線偏光ＬＰ２は、第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１に入射する。第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１に入射する第２直線偏光ＬＰ２の入射角θＢは、第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１における第１特定入射角θ１とほぼ等しい。このため、入射角θＢの第２直線偏光ＬＰ２は、第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１の反射面ＲＳ１で第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２に向けて反射される。

【0057】

第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１で反射された第２直線偏光ＬＰ２は、再び、第１位相差板Ｒ１を透過した際に、第２円偏光ＣＰ２に変換される。第１位相差板Ｒ１を透過した第２円偏光ＣＰ２は、第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２に入射する。第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２に入射する第２円偏光ＣＰ２の入射角θＤは、第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２における第２特定入射角θ２とは異なる。このため、入射角θＤの第２円偏光ＣＰ２は、第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２を透過する。

【0058】

第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２を透過した第２円偏光ＣＰ２は、第３位相差板Ｒ３を透過した際に、第１直線偏光ＬＰ１に変換される。第３位相差板Ｒ３を透過した第１直線偏光ＬＰ１は、偏光板ＰＬを透過する。偏光板ＰＬを透過した第１直線偏光ＬＰ１は、第２位相差板Ｒ２を透過した際に、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は、レンズ素子ＬＥ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。

【0059】

このような表示装置ＤＳＰによれば、光学システム４は、第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１と第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２との間を３回通る光路を有している。しかも、この光路は、第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１から第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２に至る斜めの光路と、第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２から第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１に至る斜めの光路と、を含んでいる。つまり、光学システム４において、第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１と第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２との間の光学的な距離は、実際の第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１と第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２との間隔（あるいは空気層４Ｃの厚さ）の３倍以上となる。表示パネル２は、レンズ作用を有するレンズ素子ＬＥ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。

【0060】

第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１と第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２との間を３回通る光路を実現するためには、表示光ＤＬが第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１を透過し且つ第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２で反射されるような角度で表示パネル２から出射されることが重要である。

【0061】

表示光ＤＬの一部が第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１及び第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２を透過するような角度で表示パネル２から出射された場合、正規の光路を通った光とは異なる倍率でユーザに観察され、多重画像（いわゆるゴースト）の原因となりうる。

【0062】

これに対して、構成例１によれば、第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１及び第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２を透過した光は、偏光板ＰＬで吸収される。すなわち、第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１を透過した第１直線偏光ＬＰ１は、第１位相差板Ｒ１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、第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２を透過し、第３位相差板Ｒ３を透過した際に、第２直線偏光に変換され、偏光板ＰＬで吸収される。なお、正規の光路を通った光は、第３位相差板Ｒ３を透過した際に第１直線偏光ＬＰ１に変換され、偏光板ＰＬを透過する。これにより、不所望な光がユーザに観察されず、表示品位の低下を抑制することができる。

【0063】

また、表示装置ＤＳＰを構成する各部材での吸収や各部材間での反射を無視すると、表示パネル２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。

【0064】

また、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。

【0065】

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。

【0066】

図７は、図６に示した第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１の第１特定入射角θ１及び第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２の第２特定入射角θ２を説明するための図である。

【0067】

第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１において、反射面ＲＳ１の法線Ｎ１と基準面（Ｘ－Ｙ平面）とのなす角度をγ１とし、入射角βの入射光と法線Ｎ１とのなす角度をα１とする。
第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２において、反射面ＲＳ２の法線Ｎ２と基準面（Ｘ－Ｙ平面）とのなす角度をγ２とし、反射面ＲＳ２での反射光と基準面とのなす角度をφ２とし、反射面ＲＳ１での反射光と法線Ｎ２とのなす角度をα２とする。

【0068】

図中のｃで示したように、第１特定入射角θ１の光が反射面ＲＳ１で反射される条件に基づき、以下の式が導出される。
γ１＝π／２－θ１
図中のｂで示したように、第２特定入射角θ２の光が反射面ＲＳ２で反射される条件に基づき、以下の式が導出される。
γ２＝θ２－２・θ１＋π／２
図中のａで示したように、第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１を透過する条件は、以下の通りである。
δ１＝α１－θ１≠０
なお、以下の関係が成り立つ。
α１＝２・θ２＋φ２－γ１、φ２＝π／２－２・θ１
これらの関係に基づくと、δ１については、以下の式が導出される。
δ１＝２・（θ１－θ２）≠０
したがって、θ１≠θ２である。

【0069】

図中のｄで示したように、第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２を透過する条件は、以下の通りである。
δ２＝α２－θ２≠０
なお、以下の関係が成り立つ。
α２＝π／２－γ２
δ２については、以下の式が導出される。
δ２＝２・（θ１－θ２）≠０
したがって、θ１≠θ２である。

【0070】

つまり、第１特定入射角θ１が第２特定入射角θ２とは異なることで、構成例１の光学システム４が成り立つ。また、第１特定入射角θ１と第２特定入射角θ２との差分が大きいほど、第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１及び第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２を透過する条件が緩和されるため、好ましい。

【0071】

このとき、入射角βは以下の通りである。
β＝α１＋γ１－π／２＝２・（θ２－θ１）

【0072】

図８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８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、第１光源部ＬＳ１と、第２光源部ＬＳ２と、を備えている。

【0073】

導光板ＬＧは、側面Ｓ１と、側面Ｓ２と、を有している。側面Ｓ１及び側面Ｓ２は、第１方向Ｘにおいて対向している。また、導光板ＬＧは、領域Ａ１と、領域Ａ２と、領域Ａ３と、を有している。領域Ａ２の第３方向Ｚに沿った厚さは、ほぼ一定である。領域Ａ１の厚さは、側面Ｓ１から領域Ａ２に向かって次第に増大する。領域Ａ３の厚さは、側面Ｓ２から領域Ａ２に向かって次第に増大する。

【0074】

第１光源部ＬＳ１は、側面Ｓ１に沿って配置されている。第２光源部ＬＳ２は、側面Ｓ２に沿って配置されている。第１光源部ＬＳ１及び第２光源部ＬＳ２の各々は、複数の発光素子ＬＤを備えている。すなわち、第１光源部ＬＳ１及び第２光源部ＬＳ２は、発光素子ＬＤとして、青波長（第１波長）の光を出射するように構成された第１発光素子ＬＤＢと、緑波長（第２波長）の光を出射するように構成された第２発光素子ＬＤＧと、赤波長（第３波長）の光を出射するように構成された第３発光素子ＬＤＲと、を備えている。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。

【0075】

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、レーザー素子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。

【0076】

このような照明装置３は、表示パネル２を照明し、表示パネル２から出射される表示光ＤＬの第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１への入射角が図７を参照して説明した入射角βの関係を満足するように構成されている。

【0077】

図９は、ヘッドマウントディスプレイ１の一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、単一の表示パネル２と、図８に示した単一の照明装置３と、光学システム４Ｒ及び４Ｌと、フレームＦＲと、を備えている。表示パネル２は、図２に示した右眼用の表示パネル２Ｒ及び左眼用の表示パネル２Ｌとして機能する。照明装置３は、右眼用の照明装置３Ｒ及び左眼用の照明装置３Ｌとして機能する。

【0078】

照明装置３は、第１光源部ＬＳ１及び第２光源部ＬＳ２と、導光板ＬＧと、プリズムシートＰＳと、拡散シートＤＳ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、導光板ＬＧと拡散シートＤＳとの間に配置されている。拡散シートＤＳは、第３方向Ｚにおいて、プリズムシートＰＳと表示パネル２との間に配置されている。

【0079】

第１光源部ＬＳ１は、図の左側に位置しながら、主に、光学システム４Ｒに導かれる光を出射する。第２光源部ＬＳ２は、図の右側に位置しながら、主に、光学システム４Ｌに導かれる光を出射する。第１光源部ＬＳ１及び第２光源部ＬＳ２の各々は、図８を参照して説明したように、第１発光素子ＬＤＢと、第２発光素子ＬＤＧと、第３発光素子ＬＤＲと、を備えている。

【0080】

表示パネル２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３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４Ｒ及び４Ｌとの間に配置されている。

【0081】

光学システム４Ｌは、第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１Ｌと、第１位相差板Ｒ１Ｌと、第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２Ｌと、第３位相差板Ｒ３Ｌと、偏光板ＰＬＬと、第２位相差板Ｒ２Ｌと、レンズ素子ＬＥＬと、を備えている。
光学システム４Ｒは、第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１Ｒと、第１位相差板Ｒ１Ｒと、第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２Ｒと、第３位相差板Ｒ３Ｒと、偏光板ＰＬＲと、第２位相差板Ｒ２Ｒと、レンズ素子ＬＥＲと、を備えている。

【0082】

第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１Ｌ及びＨＥ１Ｒの各々は、第１特定入射角θ１の青波長（第１波長）λｂの光、第１特定入射角θ１の緑波長（第２波長）λｇの光、及び、第１特定入射角θ１の赤波長（第３波長）λｒの光をそれぞれ反射面ＲＳ１で反射するように構成されている。

【0083】

第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２Ｌ及びＨＥ２Ｒの各々は、第２特定入射角θ２の青波長（第１波長）λｂの光、第２特定入射角θ２の緑波長（第２波長）λｇの光、及び、第２特定入射角θ２の赤波長（第３波長）λｒの光をそれぞれ反射面ＲＳ２で反射するように構成されている。

【0084】

レンズ素子ＬＥＬ及びＬＥＲの各々は、第１液晶層ＬＣＢと、第２液晶層ＬＣＧと、第３液晶層ＬＣＲと、を備えている。第１液晶層ＬＣＢ、第２液晶層ＬＣＧ、及び、第３液晶層ＬＣＲは、第３方向Ｚに沿って積層されている。なお、第１液晶層ＬＣＢ、第２液晶層ＬＣＧ、及び、第３液晶層ＬＣＲの積層順に関しては、図示した例に限らない。

【0085】

第１液晶層ＬＣＢ、第２液晶層ＬＣＧ、及び、第３液晶層ＬＣＲの各々は、図４及び図５を参照して説明した液晶層ＬＣ１に相当し、複数の液晶分子の配向方向が固定された状態で硬化している。

【0086】

第１液晶層ＬＣＢは、入射光のうち、青波長（第１波長）λｂの第１円偏光を集光するとともに１／２波長の位相差を付与するように構成されている。第２液晶層ＬＣＧは、入射光のうち、緑波長（第２波長）λｇの第１円偏光を集光するとともに１／２波長の位相差を付与するように構成されている。第３液晶層ＬＣＲは、入射光のうち、赤波長（第３波長）λｒの第１円偏光を集光するとともに１／２波長の位相差を付与するように構成されている。

【0087】

このような構成の光学システム４Ｒ及び４Ｌは、それぞれ図６を参照して説明した光学作用を発揮する。

【0088】

上記のヘッドマウントディスプレイ１において、照明装置３の第１光源部ＬＳ１は、側面Ｓ１に向けて光を照射し、また、第２光源部ＬＳ２は、側面Ｓ２に向けて光を照射する。側面Ｓ１から入射した光、及び、側面Ｓ２から入射した光は、導光板ＬＧの上面Ｔ１及び下面Ｂ１との間で反射を繰り返しながら伝播される。そして、側面Ｓ１から入射した光のうち、上面Ｔ１での全反射条件から外れた光は、光学システム４Ｒに向かうように斜め方向に出射され、右眼用の照明光を形成する。側面Ｓ２から入射した光のうち、上面Ｔ１での全反射条件から外れた光は、光学システム４Ｌに向かうように斜め方向に出射され、左眼用の照明光を形成する。

【0089】

表示パネル２は、照明装置３からの照明光を選択的に変調する。左眼用の照明光の一部は、第２偏光板ＰＬ２を透過し、左眼用の直線偏光である表示光ＤＬＬに変換される。右眼用の照明光の一部は、第２偏光板ＰＬ２を透過し、右眼用の直線偏光である表示光ＤＬＲに変換される。

【0090】

表示光ＤＬＬは、上記した光学システム４Ｌの光学作用により、ユーザの左眼に集光される。表示光ＤＬＲは、上記した光学システム４Ｒの光学作用により、ユーザの右眼に集光される。

【0091】

このようなヘッドマウントディスプレイ１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素子を備え、また、第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１、第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２、及び、レンズ素子ＬＥはレーザー素子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、各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。

【0092】

次に、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、構成例１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。

【0093】

《構成例２》
図１０は、表示装置ＤＳＰの構成例２を示す断面図である。
図１０に示す構成例２は、図３に示した構成例１と比較して、第１位相差板Ｒ１が第２構造体４Ｂを構成し、第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１と第１位相差板Ｒ１との間に空気層４Ｃが介在している点で相違している。

【0094】

第１構造体４Ａは、第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１によって構成されている。第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１は、表示パネル２の第２偏光板ＰＬ２に接着されている。

【0095】

第２構造体４Ｂは、第１位相差板Ｒ１と、第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２と、第２位相差板Ｒ２と、偏光板ＰＬと、第３位相差板Ｒ３と、レンズ素子ＬＥと、を備えている。第１位相差板Ｒ１、第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２、第３位相差板Ｒ３、偏光板ＰＬ、第２位相差板Ｒ２、及び、レンズ素子ＬＥは、第３方向Ｚに沿って積層され、互いに接着されている。

【0096】

このような構成例２においても、上記の構成例１と同様の効果が得られる。

【0097】

《構成例３》
図１１は、表示装置ＤＳＰの構成例３を示す断面図である。
図１１に示す構成例３は、図３に示した構成例１と比較して、第３位相差板Ｒ３が表示パネル２と第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１との間に位置する点で相違している。

【0098】

第１構造体４Ａは、第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１と、第１位相差板Ｒ１と、第３位相差板Ｒ３と、を備えている。第３位相差板Ｒ３、第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１、及び、第１位相差板Ｒ１は、第３方向Ｚに沿って積層され、互いに接着されている。第３位相差板Ｒ３は、表示パネル２の第２偏光板ＰＬ２に接着されている。

【0099】

第２構造体４Ｂは、第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２と、偏光板ＰＬと、第２位相差板Ｒ２と、レンズ素子ＬＥと、を備えている。空気層４Ｃは、第３方向Ｚにおいて、第１位相差板Ｒ１と第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２との間に介在している。第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２、偏光板ＰＬ、第２位相差板Ｒ２、及び、レンズ素子ＬＥは、第３方向Ｚに沿って積層され、互いに接着されている。

【0100】

このような構成例３においても、上記の構成例１と同様の効果が得られる。

【0101】

《構成例４》
図１２は、表示装置ＤＳＰの構成例４を示す断面図である。
図１２に示す構成例４は、図１１に示した構成例３と比較して、第１位相差板Ｒ１が第２構造体４Ｂを構成し、第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１と第１位相差板Ｒ１との間に空気層４Ｃが介在している点で相違している。

【0102】

第１構造体４Ａは、第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１と、第３位相差板Ｒ３と、を備えている。第３位相差板Ｒ３及び第１ホログラフィック光学素子ＨＥ１は、第３方向Ｚに沿って積層され、互いに接着されている。第３位相差板Ｒ３は、表示パネル２の第２偏光板ＰＬ２に接着されている。

【0103】

第２構造体４Ｂは、第１位相差板Ｒ１と、第２位相差板Ｒ２と、第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２と、偏光板ＰＬと、レンズ素子ＬＥと、を備えている。第１位相差板Ｒ１、第２ホログラフィック光学素子ＨＥ２、偏光板ＰＬ、第２位相差板Ｒ２、及び、レンズ素子ＬＥは、第３方向Ｚに沿って積層され、互いに接着されている。

【0104】

このような構成例４においても、上記の構成例１と同様の効果が得られる。

【0105】

上記の構成例２乃至４で説明した光学システム４についても、図９を参照して説明したヘッドマウントディスプレイ１に適用することができる。

【0106】

以上説明したように、本実施形態によれば、表示品位の低下を抑制することが可能な表示装置を提供することができる。

【0107】

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】

【0108】

１…ヘッドマウントディスプレイ ＤＳＰ…表示装置
２…表示パネル ３…照明装置 ４…光学システム
ＨＥ１…第１ホログラフィック光学素子 ＲＳ１…反射面
ＨＥ２…第２ホログラフィック光学素子 ＲＳ２…反射面
ＰＬ…偏光板 ＬＥ…レンズ素子 ＬＣ１…液晶層
Ｒ１…第１位相差板 Ｒ２…第２位相差板 Ｒ３…第３位相差板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】