JP2017201425A - 表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】表示装置は、複数配列された画素領域から映像光を出射する映像源と、映像光を拡大して観察者側へ出射するレンズと、映像源及びレンズ間、又は、レンズの観察者側に配置される光学シート20とを備え、光学シート20は、少なくとも2層以上の光学層21、22、23を有し、各光学層間の界面に凸形状21a、23aが複数形成され、観察者側の面及び映像源側の面が平坦に形成され、映像源から入射した光を凸形状21a、23aにより屈折させることを特徴とする。
【選択図】図2
Description
ここで、このような表示装置に用いられる映像源は、映像を構成する複数の画素領域と、各画素領域間に設けられ、映像の表示に寄与しない非画素領域とが設けられている。このような映像源から出射された映像光をレンズにより拡大した場合、画素領域により構成される映像だけでなく、非画素領域が起因となる非映像領域も拡大されてしまうこととなり、映像だけでなく非映像領域も観察者に視認されてしまう場合があり、鮮明な映像の表示の妨げとなる場合があった。
第1の発明は、複数配列された画素領域から映像光(L)を出射する映像源(11)と、前記映像光を拡大して観察者側へ出射するレンズ(12)と、前記映像源及び前記レンズ間、又は、前記レンズの観察者側に配置される光学シート(20)とを備え、前記光学シートは、少なくとも2層以上の光学層(21、22、23)を有し、各光学層間の界面に凸形状(21a、23a)が複数形成され、観察者側の面及び映像源側の面が平坦に形成され、前記映像源から入射した光を前記凸形状により屈折させること、を特徴とする表示装置(1)である。
第2の発明は、第1の発明の表示装置(1)において、前記凸形状(21a、23a)は、前記光学シート(20)の厚み方向(Y方向)に直交するシート面(XZ面)内の第1の方向(Z方向、X方向)に延在し、前記シート面内の前記第1の方向に直交する第2の方向(X方向、Z方向)に配列され、前記光学シートの厚み方向に平行であって前記第2の方向に平行な断面における断面形状が略円弧状に形成されていること、を特徴とする表示装置である。
第3の発明は、第2の発明の表示装置において、前記凸形状(21a、23a)の第1の方向は、観察者の鉛直方向又は水平方向に対して傾斜していること、を特徴とする表示装置である。
第4の発明は、第2の発明又は第3の発明の表示装置(1)において、前記光学シート(20)は、3層以上の光学層を有し、各前記光学層間の各界面に設けられた前記凸形状(21a、23a)の前記シート面(XZ面)内における延在方向(Z方向、X方向)は、前記光学シートの厚み方向(Y方向)から見て交差していること、を特徴とする表示装置である。
第5の発明は、第2の発明から第4の発明までのいずれかの表示装置(1)において、前記凸形状(21a、23a)の前記断面における曲率半径をRとし、前記凸形状の前記第2の方向における配列ピッチをPとしたときに、0.05≦P/R≦1.0を満たすこと、を特徴とする表示装置である。
第6の発明は、第1の発明から第5の発明までのいずれかの表示装置(1)において、互いに隣接する前記光学層の屈折率の差Δnが、0.005≦Δn≦0.1を満たすこと、を特徴とする表示装置である。
本明細書中に記載する各部材の寸法等の数値及び材料名等は、実施形態としての一例であり、これに限定されるものではなく、適宜選択して使用してよい。
本明細書中において、形状や幾何学的条件を特定する用語、例えば、平行や直交等の用語については、厳密に意味するところに加え、同様の光学的機能を奏し、平行や直交と見なせる程度の誤差を有する状態も含むものとする。
図1は、本実施形態の頭部装着型の表示装置1を説明する図である。図1は、表示装置1を鉛直方向上側から見た図である。
図2は、実施形態の表示装置に用いられる光学シートの詳細を説明する図である。図2(a)は、光学シートの水平面に平行な断面における断面図であり、図2(b)は、図2(a)のb部断面図である。図2(c)は、図2(a)のc部詳細を示す図であり、図2(d)は、図2(b)のd部詳細を示す図である。
図3は、実施形態の表示装置に用いられる光学シートの輝度と視野角の関係を示す図である。
図4は、実施形態の表示装置によって表示された画像の例を示す図である。
図5は、比較例の表示装置を説明する図である。図5(a)は、比較例の表示装置の構成を説明する図であり、図1に対応する図である。図5(b)は、比較例の表示装置によって表示された画像の例を示す図である。
映像源11は、映像光を表示するマイクロディスプレイであり、例えば、透過型の液晶表示デバイスや、反射型の液晶表示デバイス、有機EL等を使用することができる。本実施形態の映像源11は、例えば、対角が5インチの有機ELディスプレイが使用される。
レンズ12は、映像源11から出射された映像光を拡大して観察者側に出射する凸レンズであり、本実施形態では、表示装置1の最も観察者側(−Y側)に配置されている。
ここで、従来、主に使用されている頭部装着型の表示装置(以下、比較例の表示装置という)は、図5(a)に示すように、上述の光学シートを備えていない形態であり、映像源から出射された映像光をレンズにより拡大して観察者側に表示していた。ここで、映像源に用いられる有機EL等のディスプレイは、その表示部に映像を形成する画素領域が複数配列されており、また、各画素領域間には映像の形成に寄与しない非画素領域が設けられている。そのため、映像源から出射する映像光は、レンズを介して拡大された場合に、図5(b)に示すように、画素領域による映像だけでなく、非画素領域が起因となる非映像領域も拡大されてしまうこととなり、映像だけでなく、その非映像領域も観察者に視認され、鮮明な映像表示の妨げとなってしまう場合があった。
そこで、本実施形態の表示装置1には、上述したように、光学シート20が設けられており、映像源11から出射した映像光を微少に拡散させ、図4に示すように、その拡散された映像光によって、非画素領域が起因となる非映像領域が観察者に視認されてしまうのを抑制することができる。
第1光学層21は、光学シート20の最も背面側(+Y側)に位置する光透過性を有する層であり、その背面側の面は、映像源11から出射された映像光が入射する面であり、略平坦に形成されている。第1光学層21の観察者側(−Y側)の面には、図2(a)に示すように、凸形状21aが複数形成されている。この凸形状21aは、第1光学層21の観察者側の面に沿うようにして、鉛直方向(Z方向)に延在し、左右方向(X方向)に複数配列されており、左右方向及び厚み方向に平行な面(XY面)における断面形状が略円弧状に形成されたレンチキュラーレンズ形状である。ここで、略円弧状とは、真円の円弧だけでなく、楕円や長円等の一部を含む曲線状の形状を含むものをいう。
すなわち、第3光学層23に設けられた凸形状23aは、その延在方向(X方向)が、上述の第1光学層21に設けられた凸形状21aの延在方向(Z方向)と交差(直交)している。
第2光学層22は、第1光学層21及び第3光学層23間に設けられた光透過性を有する層であり、第1光学層21の凸形状21a側の面と、第3光学層23の凸形状23a側の面とが互いに対向するようにして配置されている。
また、本実施形態の光学シート20は、互いに隣接する各層の屈折率差、すなわち第1光学層21及び第2光学層22の屈折率差Δn1と、第2光学層22及び第3光学層23の屈折率差Δn2とが、それぞれ0.005≦Δn1≦0.1、0.005≦Δn2≦0.1を満たすようにして形成されている。
上述の効果をより効果的に奏する観点から、光学シート20の視野角βは、半値角αに等しいか、それに近い値であることがより望ましい。
また、仮に、視野角βが5×αよりも大きい場合、輝度の低い映像光の拡散される範囲が広くなりすぎてしまい、映像の鮮明さが低下してしまうので望ましくない。
更に、互いに隣接する層の屈折率差(Δn1、Δn2)が0.005未満である場合、各層間の屈折率差が小さくなりすぎてしまい、各層間における映像光の屈折が生じ難くなってしまい、十分な拡散作用が発揮されなくなるため望ましくない。また、互いに隣接する層の屈折率差(Δn1、Δn2)が0.1よりも大きい場合、各層間における光の屈折が大きくなりすぎてしまい、光学シートを透過する映像光が不鮮明になってしまうので望ましくない。
また、第2光学層22は、光透過性の高いウレタンアクリレート樹脂や、エポキシアクリレート樹脂等の紫外線硬化型樹脂等から形成されており、本実施形態では、第1光学層21及び第3光学層23の屈折率よりも低い屈折率で形成されている。
また、凸形状21aのXY断面における断面形状が円弧状に形成されている場合、図2(c)に示すように、第1光学層21に形成される凸形状21aの左右方向(X方向)における配列ピッチをP1とし、凸形状21aのXY断面における円弧状の断面形状の曲率半径をR1としたときに、凸形状21aは、0.05≦P1/R1≦1.0の範囲で形成されるのが望ましい。
また同様に、凸形状23aのYZ断面における断面形状が円弧状に形成されている場合、図2(d)に示すように、第3光学層23に形成される凸形状23aの鉛直方向(Z方向)における配列ピッチをP2とし、凸形状23aのYZ断面における円弧状の断面形状の曲率半径をR2としたときに、凸形状23aは、0.05≦P2/R2≦1.0の範囲で形成されるのが望ましい。
なお、本実施形態の光学シート20は、凸形状21a及び凸形状23aが互いに同じ形状、すなわちP1=P2、R1=R2となるように形成されている。
図1に示すように、映像源11から出射した映像光Lは、光学シート20の背面側(+Y側)の面に入射する。そして、光学シート20に入射した映像光Lは、第1光学層21を透過して、第1光学層21及び第2光学層22との界面の凸形状21aによって、左右方向(X方向)に微少に拡散して第2光学層22内を透過する。
第2光学層22を透過した映像光Lは、第2光学層22及び最3光学層23との界面に形成された凸形状23aによって、鉛直方向(Z方向)に微少に拡散し、第3光学層23を透過して光学シート20の観察者側(−Y側)の面から出射する。
続いて、光学シート20の観察者側の面から出射した映像光Lは、レンズ12へ入射して観察者の眼Eへ向けて出射する。ここで、映像源11から出射された映像光Lは、光学シート20により左右方向及び鉛直方向に微少に拡散させられる。そのため、映像光Lは、レンズ12により拡大されたとしても、観察者の眼Eによって視認される画像には、図4に示すように、上述の比較例の表示装置の場合に比して(図5(b)参照)、映像源11の非画素領域が起因となる非映像領域が目立ってしまうのを極力抑制することができ、鮮明な映像を表示することができる。
上述したように、光学シート20の第1光学層21及び第3光学層23に設けられた各凸形状21a、凸形状23aは、互いに同じ形状に形成されているため、まず、この凸形状に対応する凹形状が設けられた金型を使用して、凸形状が形成されたシート状部材を押出成形法や、射出成形法等により形成する。
それから、凸形状が形成されたシート状部材を、所定の寸法に裁断して、第1光学層21及び第3光学層23を得る。このように、凸形状21a及び凸形状23aが同形状に形成されている場合、1枚のシート状部材から第1光学層21及び第3光学層23を同時に切り出すことができ、光学シート20の製造効率を向上させることができる。
続いて、第1光学層21の凸形状21a側の面上に、第2光学層22を形成する樹脂を充填し、その樹脂と、第3光学層23の凸形状23a側の面とを貼り合わせて、第1光学層21及び第3光学層23間に所定の距離を設けた状態で樹脂を硬化させる。このとき、第1光学層21及び第3光学層23は、凸形状21aの延在方向と凸形状23aの延在方向とが互いに交差(直交)するようにして配置される。
以上により、第1光学層21、第2光学層22、第3光学層23が順次積層された光学シート20が完成する。
図6は、表示装置に用いられる光学シートの変形形態を説明する図である。
(1)上述の実施形態において、光学シート20は、第1光学層21、第2光学層22、第3光学層23の3層が順次、積層された層構成を有する例を示したが、これに限定されるものでない。例えば、光学シート20は、図6に示すように、第1光学層及び第2光学層の2層が積層された構成を有してもよく、また、4層以上の層構成を有するようにしてもよい。
また、一方の凸形状の延在方向が、他方の凸形状の延在方向と直交以外の角度で交差するようにしてもよい。
11 映像源
12 レンズ
20 光学シート
21 第1光学層
21a 凸形状
22 第2光学層
23 第3光学層
23a 凸形状
E 観察者の眼
Claims (6)
- 複数配列された画素領域から映像光を出射する映像源と、
前記映像光を拡大して観察者側へ出射するレンズと、
前記映像源及び前記レンズ間、又は、前記レンズの観察者側に配置される光学シートとを備え、
前記光学シートは、少なくとも2層以上の光学層を有し、各前記光学層間の界面に凸形状が複数形成され、観察者側の面及び映像源側の面が平坦に形成され、前記映像源から入射した光を前記凸形状により屈折させること、
を特徴とする表示装置。 - 請求項1に記載の表示装置において、
前記凸形状は、前記光学シートの厚み方向に直交するシート面内の第1の方向に延在し、前記シート面内の前記第1の方向に直交する第2の方向に配列され、前記光学シートの厚み方向に平行であって前記第2の方向に平行な断面における断面形状が略円弧状に形成されていること、
を特徴とする表示装置。 - 請求項2に記載の表示装置において、
前記凸形状の第1の方向は、観察者の鉛直方向又は水平方向に対して傾斜していること、
を特徴とする表示装置。 - 請求項2又は請求項3に記載の表示装置において、
前記光学シートは、3層以上の光学層を有し、各前記光学層間の各界面に設けられた前記凸形状の前記シート面内における延在方向は、前記光学シートの厚み方向から見て交差していること、
を特徴とする表示装置。 - 請求項2から請求項4までのいずれか1項に記載の表示装置において、
前記凸形状の前記断面における曲率半径をRとし、前記凸形状の前記第2の方向における配列ピッチをPとしたときに、
0.05≦P/R≦1.0を満たすこと、
を特徴とする表示装置。 - 請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の表示装置において、
互いに隣接する前記光学層の屈折率の差Δnが、0.005≦Δn≦0.1を満たすこと、
を特徴とする表示装置。
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