JP6696203B2 - Virtual image display device, video element unit, and method for manufacturing video element unit - Google Patents
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Images
Description
本発明は、画像表示素子等によって形成された映像を観察者に提示する虚像表示装置、映像素子ユニット及び映像素子ユニットの製造方法に関する。 The present invention relates to a virtual image display device for presenting an image formed by an image display element or the like to an observer, an image element unit, and a method for manufacturing the image element unit.
観察者の頭部に装着するヘッドマウントディスプレイ(以下、HMDとも言う)等の虚像表示装置として、画像表示素子(映像素子)等に、液晶表示パネルを適用するものが知られている(例えば特許文献1等)。液晶表示パネルで画像形成を行う場合、バックライトのような光源が別途必要になり、光源を確保するための空間が必要となる。かかる状況下において小型化を実現するべく、2つのケースで液晶表示パネルを挟み込む構造とするもの(特許文献1参照)が知られている。 As a virtual image display device such as a head mounted display (hereinafter, also referred to as an HMD) attached to an observer's head, one in which a liquid crystal display panel is applied to an image display element (video element) is known (for example, a patent document). Reference 1). When an image is formed on the liquid crystal display panel, a light source such as a backlight is required separately, and a space for securing the light source is required. Under such circumstances, there is known a structure in which a liquid crystal display panel is sandwiched between two cases in order to realize miniaturization (see Patent Document 1).
これに対して、さらなる小型化の要請に応えるべく、別途の光源を要しない自発光型の映像素子を適用することが考えられる。 On the other hand, in order to meet the demand for further miniaturization, it can be considered to apply a self-luminous image element that does not require a separate light source.
しかしながら、例えば有機EL(OLED)パネル等のような自発光型の映像素子は、パネル基板内部で発光源を有しさらに駆動用ドライバーICや電源素子などを内蔵するといった構造となるため、内部温度が上昇しやすい。特に、有機ELの場合、その特性として内部温度の上昇に伴う性能劣化や寿命短縮が著しくなると考えらえる。 However, for example, a self-luminous image device such as an organic EL (OLED) panel has a structure in which a light emitting source is provided inside the panel substrate and further a driving driver IC, a power supply device, etc. are built in, so that an internal temperature Is easy to rise. In particular, in the case of an organic EL, it can be considered that, as its characteristics, the performance deterioration and the shortening of the life with the rise of the internal temperature become remarkable.
本発明は、自発光型の映像素子を有して装置全体の軽量化・小型化を図りつつ、映像素子の性能を維持して良好な画像形成が可能な虚像表示装置、映像素子ユニット及び映像素子ユニットの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention provides a virtual image display device, a video element unit, and a video device that has a self-luminous video element to reduce the size and weight of the entire apparatus while maintaining the performance of the video element and enabling good image formation. It is an object to provide a method for manufacturing an element unit.
本発明に係る虚像表示装置は、映像光を生じさせる発光部を含む映像素子と、映像素子を収納するケース部とを備え、ケース部は、映像素子のうち映像光を射出する側の反対側を開放させて放熱する放熱構造部を有する。 A virtual image display device according to the present invention includes a video device including a light emitting unit that generates video light, and a case unit that houses the video device. The case unit is the opposite side of the video device from which the video light is emitted. Has a heat dissipation structure that releases heat.
上記虚像表示装置では、映像素子が映像光を生じさせる発光部を含む自発光型の素子であり、別途の光源を要しないものであることで、映像素子の軽量化・小型化延いては装置全体の軽量化・小型化を図ることができる。さらに、ケース部が映像素子の一部を開放させて放熱する放熱構造部を有することで、映像素子の内部温度上昇を抑制し、映像素子が自発光型であっても内部温度の上昇に伴う性能劣化や寿命短縮を回避し、良好な画像形成が可能となる。 In the above virtual image display device, the video element is a self-luminous element including a light emitting portion for generating video light, and does not require a separate light source. The overall weight and size can be reduced. Further, the case portion has a heat dissipation structure portion that releases a part of the image element to dissipate the heat, thereby suppressing an increase in the internal temperature of the image element. Even if the image element is a self-luminous type, the internal temperature is increased. It is possible to avoid deterioration in performance and shorten the life, and to form a good image.
本発明の具体的な側面では、ケース部は、放熱構造部において映像素子の一部を開放させる開口を形成する一部材構成である。この場合、開口を設けて映像素子の放熱を確保した一部材構成とすることで、必要な機能を維持させつつ映像素子及びその周辺の構成を簡素小型のものとすることができる。 In a specific aspect of the present invention, the case portion is a one-member configuration that forms an opening that opens a part of the image element in the heat dissipation structure portion. In this case, by providing an opening to ensure the heat dissipation of the image element, it is possible to simplify the configuration of the image element and its surroundings while maintaining the necessary functions.
本発明の別の側面では、映像素子は、発光部を構成する有機EL素子を、シリコン基板上に形成し、ケース部において、放熱構造部は、シリコン基板の裏面を開放して放熱する。この場合、シリコン基板の裏面から効率的な放熱が可能となる。なお、シリコン基板の裏面を開放するに際しては、例えば裏面の全体を露出した状態とする場合の他、裏面の一部を露出させ、他の一部が別の部材と当接した状態(例えばケース部の一部が裏面に当接してシリコン基板を支持固定している)としてもよい。 In another aspect of the present invention, in the video device, the organic EL device forming the light emitting unit is formed on the silicon substrate, and in the case unit, the heat dissipation structure unit radiates heat by opening the back surface of the silicon substrate. In this case, efficient heat dissipation is possible from the back surface of the silicon substrate. When the back surface of the silicon substrate is opened, for example, the whole back surface is exposed, or a part of the back surface is exposed and another part is in contact with another member (for example, a case Part of the portion may contact the back surface to support and fix the silicon substrate).
本発明のさらに別の側面では、映像素子は、シリコン基板の裏面以外の端面において、ケース部に対して当接して位置決めされている。この場合、シリコン基板の端面形成におけるダイシングの精度を利用することで、精度の高い位置決めが可能になり、映像素子の他部材へのアセンブリにおいて、調整範囲を抑えることができ、装置全体としての小型化を図ることができる。 In still another aspect of the present invention, the video element is positioned in contact with the case portion on the end surface other than the back surface of the silicon substrate. In this case, by utilizing the accuracy of dicing in forming the end surface of the silicon substrate, it is possible to perform highly accurate positioning, and it is possible to suppress the adjustment range in the assembly of the image element to other members, and to reduce the size of the entire apparatus. Can be promoted.
本発明のさらに別の側面では、ケース部は、映像素子を開放させる箇所以外の箇所に当接して、映像素子の収納位置を定める映像素子位置決め部を有する。この場合、映像素子の放熱を確保しつつ高精度な位置決めを行うことができる。 In still another aspect of the present invention, the case portion has a video element positioning portion that abuts on a position other than a position where the video device is opened to determine a storage position of the video device. In this case, highly accurate positioning can be performed while ensuring the heat dissipation of the video element.
本発明のさらに別の側面では、映像素子位置決め部は、平面形状又は突起形状を有する。この場合、例えば作製工程において、映像素子の当節箇所を平面形状又は突起形状を有する映像素子位置決め部に突き当てることで、位置合わせが可能になる。 In still another aspect of the present invention, the image element positioning portion has a planar shape or a protrusion shape. In this case, for example, in the manufacturing process, the alignment can be performed by abutting the corresponding portion of the image element with the image element positioning portion having a planar shape or a protrusion shape.
本発明のさらに別の側面では、映像素子のうち放熱構造部により開放された露出部分を放熱する放熱部をさらに備える。この場合、放熱部により、露出部分の放熱をさらに促すことができる。 According to still another aspect of the present invention, a heat radiating portion for radiating the exposed portion of the image element opened by the heat radiating structure is further provided. In this case, the heat dissipation portion can further promote heat dissipation from the exposed portion.
本発明のさらに別の側面では、放熱部は、露出部分に貼り付けられる熱伝導テープである。この場合、シリコン基板の裏面から熱伝導テープを貼り付けた任意の箇所への放熱が可能となる。 In still another aspect of the present invention, the heat dissipation part is a heat conduction tape attached to the exposed part. In this case, it is possible to radiate heat from the back surface of the silicon substrate to any place where the heat conductive tape is attached.
本発明のさらに別の側面では、ケース部は、金属製である。この場合、ケース部での放熱性を高めることができる。 In yet another aspect of the present invention, the case portion is made of metal. In this case, the heat dissipation in the case part can be improved.
本発明のさらに別の側面では、ケース部は、映像素子のうち映像光を射出する側の面の一部を覆うマスク部と、他の光学部品に対する取り付けアライメントを行うための取付部とを有する。この場合、ケース部が不要光を遮断するマスク機能と、他の光学部品に対する取り付け時のアライメント機能とを有するものとなる。 In still another aspect of the present invention, the case portion has a mask portion that covers a part of the surface of the image element on the side from which image light is emitted, and an attachment portion for performing attachment alignment with other optical components. .. In this case, the case portion has a mask function of blocking unnecessary light and an alignment function at the time of attachment to other optical components.
本発明のさらに別の側面では、高熱伝導性シリコーン系接着剤又は熱伝導性エポキシ接着剤により形成され、映像素子とケース部とを固着させる接着部を有する。この場合、映像素子とケース部とをつなぐ接着部における放熱性を高めることができる。 In still another aspect of the present invention, there is an adhesive portion formed of a high heat conductive silicone adhesive or a heat conductive epoxy adhesive and fixing the image element and the case portion. In this case, it is possible to enhance the heat dissipation in the adhesive portion that connects the image element and the case portion.
本発明のさらに別の側面では、複数面での全反射により映像素子からの映像光を導光させる導光部材と、映像素子からの映像光を導光部材に入射させる投射光学系とをさらに備える。この場合、導光部材と投射光学系とにより映像素子からの映像光を観察者の眼前に導くことができる。 In still another aspect of the present invention, a light guide member that guides image light from the image element by total reflection on a plurality of surfaces and a projection optical system that makes image light from the image element incident on the light guide member are further provided. Prepare In this case, the image light from the image element can be guided in front of the observer's eyes by the light guide member and the projection optical system.
本発明に係る映像素子ユニットは、映像光を生じさせる発光部を含む映像素子と、映像素子を収納するケース部とを備え、ケース部は、映像素子のうち映像光を射出する側の反対側を開放させて放熱する放熱構造部と、映像素子を開放させる箇所以外の箇所に当接して、映像素子の収納位置を定める映像素子位置決め部とを有する。 A video element unit according to the present invention includes a video element including a light emitting section for generating video light, and a case section for housing the video element, and the case section is the opposite side of the video element from which the video light is emitted. And a video element positioning section that abuts on a location other than the location where the video element is opened to determine the storage position of the video element.
上記映像素子ユニットでは、映像素子が映像光を生じさせる発光部を含む自発光型の素子であり、別途の光源を要しないものであることで、映像素子の軽量化・小型化延いては映像素子ユニットの軽量化・小型化を図ることができ、さらに、ケース部が映像素子の一部を開放させて放熱する放熱構造部を有することで、映像素子の内部温度上昇を抑制し、映像素子が自発光型であっても内部温度の上昇に伴う性能劣化や寿命短縮を回避し、良好な画像形成が可能となる。 In the video element unit, the video element is a self-luminous element including a light emitting portion that generates video light and does not require a separate light source. The element unit can be made lighter and more compact, and the case portion has a heat dissipation structure that radiates heat by opening a part of the image element, thereby suppressing an increase in the internal temperature of the image element. Even if it is a self-luminous type, it is possible to avoid deterioration of performance and shortening of life due to increase in internal temperature, and it is possible to form an excellent image.
本発明に係る映像素子ユニットの製造方法は、映像光を生じさせる発光部を含む映像素子と、映像素子を収納するケース部とを備え、ケース部は、映像素子のうち映像光を射出する側の反対側を開放させて放熱する放熱構造部と、映像素子を開放させる箇所以外の箇所に当接して、映像素子の収納位置を定める映像素子位置決め部とを有する映像素子ユニットの製造方法であって、ケース部の映像素子位置決め部において映像素子を固着させるための接着剤を塗布し、放熱構造部において映像素子を開放させた状態としつつ、映像素子とケース部とを位置合わせして接着剤により固着させる。 A method of manufacturing a video element unit according to the present invention includes a video element including a light emitting portion that generates video light, and a case portion that houses the video element, and the case portion is a side of the video element that emits the video light. Is a method for manufacturing a video element unit having a heat dissipation structure section that opens the opposite side to radiate heat, and a video element positioning section that abuts on a location other than the location where the video element is opened to determine the storage location of the video element. Then, an adhesive for fixing the image element is applied in the image element positioning section of the case section, and the image element and the case section are aligned while the image element is opened in the heat dissipation structure section. To fix it.
上記映像素子ユニットの製造方法では、軽量化・小型化を図りつつ内部温度の上昇に伴う性能劣化や寿命短縮を回避して良好な画像形成が可能な自発光型の映像素子ユニットの製造において、放熱構造部における高い放熱性を確保しつつ簡易かつ確実な組付けを行うことができる。 In the method of manufacturing a video element unit, in the manufacturing of a self-luminous video element unit capable of forming a good image while avoiding performance deterioration and life shortening due to an increase in internal temperature while achieving weight reduction and size reduction, It is possible to perform simple and reliable assembly while ensuring high heat dissipation in the heat dissipation structure.
以下、図1等を参照しつつ、本発明に係る映像素子ユニットである表示装置ユニットを組み込んだ虚像表示装置の一実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, with reference to FIG. 1 and the like, one embodiment of a virtual image display device incorporating a display device unit which is a video device unit according to the present invention will be described in detail.
図1に示すように、本実施形態の虚像表示装置100は、眼鏡のような外観を有するヘッドマウントディスプレイ(HMD)であり、この虚像表示装置100を装着した観察者又は使用者に対して虚像による画像光(映像光)を視認させることができるとともに、観察者に外界像をシースルーで視認又は観察させることができる。虚像表示装置100は、第1表示装置100Aと、第2表示装置100Bと、フレーム部102とを備える。
As shown in FIG. 1, the virtual
第1表示装置100A及び第2表示装置100Bは、右眼用と左眼用の虚像をそれぞれ形成する部分であり、観察者の眼前を透視可能に覆う第1及び第2光学部材101a,101bと、第1及び第2像形成本体部105a,105bとをそれぞれ備える。第1及び第2像形成本体部105a,105bについては、後述するが、表示装置(映像素子)や投射レンズ等の像形成のための光学系やこれらの光学系を収納する部材等でそれぞれ構成されている。なお、表示装置(映像素子)や投射レンズ等は、カバー状の外装部材105dにより覆われることで、支持・収納されている。第1及び第2光学部材101a,101bは、第1及び第2像形成本体部105a,105bで形成される映像光を導光させるとともに外界光と映像光とを重複して視認させる導光部であり、導光装置を構成している。以下、第1光学部材101aまたは第2光学部材101bを導光装置20ともする。なお、第1表示装置100A及び第2表示装置100Bは、単独でも虚像表示装置として機能する。
The
フレーム部102は、平面視でU字状に折れ曲がった細長い部材であり、金属製の一体部品である。ここでは一例として、フレーム部102は、マグネシウム合金で構成されている、すなわち、フレーム部102は、金属製の一体部品であるマグネシウムフレームを本体部分102pとして構成されている。また、フレーム部102は、図示のように、第1光学部材101aと第2光学部材101b(一対の導光部である導光装置20)との双方に接続して設けられる肉厚構造の中央部102aと、中央部102aから第1及び第2光学部材101a,101bに沿って延び、さらに、U字状に折れ曲がった箇所を形成する支持体102bとを有している。
The
中央部102aは、第1及び第2光学部材101a,101bの先端側を挟持することにより、これらの相対的位置を固定している。これに加えて、支持体102bは、U字状に折れ曲がる部分である第1及び第2周辺部102c,102dを形成し、第1及び第2周辺部102c,102dにおいて第1及び第2光学部材101a,101bとそれぞれ接続する(組み付けられている)ことで、互いの固定をさらに強固なものとしている。
The
なお、フレーム部102の左右両端から後方に延びるつる部分であるテンプル104が設けられており、観察者の耳やこめかみ等に当接させ支持するものにできる。また、第1及び第2像形成本体部105a,105bは、フレーム部102からテンプル104の部分に付加されているものとしてもよい。
A
以下、図2を参照して、虚像表示装置100による映像光の導光をするための構造等についての一例を概念的に説明する。なお、映像光の導光を行うための装置は、既述のように、第1表示装置100A及び第2表示装置100B(図1等参照)であるが、第1表示装置100A及び第2表示装置100Bとは、左右対称で同等の構造を有するため、第1表示装置100Aについてのみ説明し、第2表示装置100Bについては説明を省略する。図2に示すように、第1表示装置100Aは、映像光を形成する画像表示装置80と、鏡筒部に収納される結像用の投射レンズ30と、画像表示装置80及び投射レンズ30を経た映像光を導光する導光装置20(第1光学部材101a)と、を備える。導光装置20は、導光及び透視用の導光部材10と、透視用の光透過部材50とで構成されている。
Hereinafter, an example of a structure for guiding the image light by the virtual
画像表示装置80は、例えば有機EL等の自発光型の素子構成される映像素子(映像表示素子)とすることができる。また、例えば透過型の空間光変調装置である映像表示素子(映像素子)のほか、映像表示素子へ照明光を射出するバックライトである照明装置(不図示)や動作を制御する駆動制御部(不図示)を有する構成としてもよい。詳しくは図3等を参照して後述するが、本実施形態において、映像素子である画像表示装置80は、ケース部に収納されユニット化(モジュール化)した構成であることで、投射レンズ30へのアライメントがなされるものとなっている。また、画像表示装置(映像素子)80がケース部に収納されユニット化(モジュール化)されたものを表示装置ユニット(または映像素子ユニット)と呼ぶものとする。
The
投射レンズ30は、構成要素として、例えば入射側光軸AXに沿って並ぶ複数(例えば3つ)の光学素子(レンズ)を備える投射光学系であり、これらの光学素子が、鏡筒部39(図3等参照)によって収納・支持されている。なお、当該光学素子は、例えば非軸対称な非球面(非軸対称非球面)と軸対称な非球面(軸対称非球面)との双方を含む非球面レンズで構成することで、導光装置20を構成する導光部材10の一部と協働して導光部材10の内部に表示像に対応する中間像を形成するものとすることができる。投射レンズ30は、画像表示装置80で形成された映像光を導光装置20に向けて投射し入射させる。
The
導光装置20は、既述のように、導光及び透視用の導光部材10と、透視用の光透過部材50とで構成されている。導光部材10は、プリズム型の導光装置20の一部であり、一体の部材であるが、光射出側の第1導光部分11と光入射側の第2導光部分12とに分けて捉えることができる。光透過部材50は、導光部材10の透視機能を補助する部材(補助光学ブロック)であり、導光部材10と一体的に固定され1つの導光装置20となっている。導光装置20は、例えば鏡筒部39(図3等参照)にネジ止めされることにより、投射レンズ30に対して精度よく位置決め固定されている。
As described above, the
導光部材10は、光学的な機能を有する側面として、第1〜第5面S11〜S15を有している。これらのうち、第1面S11と第4面S14とが連続的に隣接し、第3面S13と第5面S15とが連続的に隣接する。また、第1面S11と第3面S13との間に第2面S12が配置されている。第2面S12の表面には、ハーフミラー層が付随して設けられている。このハーフミラー層は、光透過性を有する反射膜(すなわち半透過反射膜)であり、金属反射膜や誘電体多層膜を成膜することにより形成され映像光に対する反射率が適宜設定されている。
The
以下、図2を参照して映像光(ここでは映像光GLとする。)の光路について概略説明する。導光部材10は、投射レンズ30から映像光GLを入射させるとともに第1〜第5面S11〜S15での反射等により観察者の眼に向けて導光する。具体的には、投射レンズ30からの映像光GLは、まず、第4面S14に入射して第5面S15で反射され、第4面S14に内側から再度入射して全反射され、第3面S13に入射して全反射され、第1面S11に入射して全反射される。第1面S11で全反射された映像光GLは、第2面S12に入射し、第2面S12に設けたハーフミラー層を部分的に透過しつつも部分的に反射されて第1面S11に再度入射して通過する。第1面S11を通過した映像光GLは、観察者の眼又はその等価位置に略平行光束として入射する。つまり、観察者は、虚像としての映像光により画像を観察することになる。
Hereinafter, the optical path of the image light (here, the image light GL) will be briefly described with reference to FIG. The
光透過部材50は、既述のように導光部材10と一体的に固定され1つの導光装置20となっており、導光部材10の透視機能を補助する部材(補助光学ブロック)である。光透過部材50は、光学的な機能を有する側面として、第1透過面S51と、第2透過面S52と、第3透過面S53とを有する。第2透過面S52は、第1透過面S51と第3透過面S53との間に配置されている。第1透過面S51は、導光部材10の第1面S11を延長した面上にあり、第2透過面S52は、第2面S12に対して接合され一体化されている曲面であり、第3透過面S53は、導光部材10の第3面S13を延長した面上にある。
As described above, the
導光装置20は、上述したように導光部材10により観察者に映像光を視認させるとともに、導光部材10と光透過部材50との協働により観察者に歪みの少ない外界像を観察させるものとなっている。すなわち、視認させるべき外界像を構成する成分光としての外界光のうち、導光部材10の第2面S12よりも+X側に入射するものは、第1導光部分11の第3面S13と第1面S11とを通過するが、この際、第3面S13と第1面S11とが互いに略平行な平面(視度略0)となっていることで、収差等をほとんど生じない。また、外界光のうち、導光部材10の第2面S12よりも−X側に入射するもの、つまり、光透過部材50に入射したものは、これに設けた第3透過面S53と第1透過面S51とを通過する際に、第3透過面S53と第1透過面S51とが互いに略平行な平面となっていることで、収差等を生じない。さらに、外界光のうち、導光部材10の第2面S12に対応する光透過部材50に入射するものは、第3透過面S53と第1面S11とを通過する際に、第3透過面S53と第1面S11とが互いに略平行な平面となっていることで、収差等をほとんど生じない。以上により、観察者は、光透過部材50越しに歪みのない外界像を観察することになる。
As described above, the
上記のような構成は、第2表示装置100B(図1等参照)においても同様となっている。これにより、左右の眼にそれぞれ対応した画像をそれぞれ形成することが可能となっている。
The above-described configuration is the same in the
以下、図3等を参照して、画像表示装置(映像素子)80を含む映像素子ユニットである表示装置ユニットDUについて説明する。なお、図3は、表示装置ユニットDUの投射レンズ30(鏡筒部39)への組付けの様子を示す斜視図である。なお、第1表示装置100Aと第2表示装置100Bとにおいて、表示装置ユニットDUは、左右対称で同等の構造を有するため、図3及び図4では、左側のみについて図示及び説明をし、右側については説明等を省略する。
Hereinafter, the display device unit DU, which is a video element unit including the image display device (video element) 80, will be described with reference to FIG. 3 is a perspective view showing how the display device unit DU is assembled to the projection lens 30 (lens barrel portion 39). In the
図3に示すように、表示装置ユニットDUは、画像表示装置(映像素子)80をケース部88に収納してユニット化(モジュール化)して構成されるものである。言い換えると、画像表示装置80は、筐体状のケース部88の内部に嵌合によって収納され、移動しないように保持されている。特に、本実施形態では、図示のように、ケース部88は、放熱構造部88aを設けていることにより、画像表示装置80のうち映像光を射出する側の反対側を開放させて露出させた状態で、画像表示装置80を支持・固定するものとなっている。さらに、本実施形態では、図4に示すように、画像表示装置80の裏側部分のうちケース部88から露出させた部分に、例えば熱伝導テープを直接貼り付けて構成される放熱部DPを設けることで、画像表示装置80の放熱を促進させるものとしている。なお、図示の例では、熱伝導テープで構成される放熱部DPは、画像表示装置80から鏡筒部39更には支持フレームであるフレーム部102にかけて延びるように貼り付けられている。
As shown in FIG. 3, the display device unit DU is configured by accommodating the image display device (video element) 80 in a
ここで、上記のようないわゆる自発光型の画像表示装置(映像素子)80を、HMDに適用して高輝度な画像を形成させようとする場合、パネル基板内部で発光源を有しさらに駆動用ドライバーICや電源素子などを内蔵するといった構造となる。このため、内部温度の上昇が問題となりやすい。特に、本実施形態のように画像表示装置(映像素子)80のパネル部分に有機EL(OLED)パネルを適用する場合、その特性として内部温度の上昇に伴う性能劣化や寿命短縮が著しくなるおそれがある。 Here, when the so-called self-luminous image display device (video element) 80 as described above is applied to an HMD to form a high-luminance image, the panel substrate has a light emission source and is further driven. The driver IC and power supply device are built in. Therefore, the rise of the internal temperature is likely to be a problem. In particular, when an organic EL (OLED) panel is applied to the panel portion of the image display device (video element) 80 as in the present embodiment, there is a possibility that performance deterioration and shortening of life due to increase in internal temperature may become remarkable as a characteristic thereof. is there.
本実施形態では、上記問題に対応すべく、表示装置ユニット(映像素子ユニット)DUの構造において、特に、ケース部88の放熱構造部88aにおいて、画像表示装置80を構成するシリコン基板SSの一部を露出した状態とすることで、熱伝導テープ等で構成される放熱部DP(図4参照)による効率的な放熱を可能とし、さらに、画像表示装置80のシリコン基板SSの端面を利用してケース部88と画像表示装置80との組付け位置精度の向上を図る構造を有するものとなっている。
In the present embodiment, in order to address the above problem, in the structure of the display device unit (video element unit) DU, particularly in the heat
以下、図5等を参照して、表示装置ユニット(映像素子ユニット)DUや、表示装置ユニットDUを構成するケース部88及び画像表示装置80の構造の詳細について説明する。
Hereinafter, with reference to FIG. 5 and the like, details of the structure of the display device unit (video element unit) DU, and the
まず、図5(A)、5(B)、6(A)〜6(C)、図7(A)及び7(B)を参照して、表示装置ユニットDUを構成する画像表示装置80及びケース部88のうち、画像表示装置80の構造について説明する。図示のように、画像表示装置80は、ケース部88に収納される矩形の板形状の本体部分80aと、本体部分80aから接続されて延びるFPC(Flexible Printed Circuits)部80fとを有する。このうち、本体部分80aは、図7(A)に示すように、各種回路等が配置されるとともに本体部分80aの外形を形作るシリコン基板SSと、有機EL材料を含んで構成される有機EL素子であって映像光となるべきカラーの光を発生させる発光部80kと、シリコン基板SSと協働して発光部80kを密閉する封止用の保護ガラスGGとを備える。画像表示装置80は、FPC部80fから受けた駆動信号に従い発光動作を行うことで、保護ガラスGG側すなわち+z側へ向けて映像光を射出させる。また、画像表示装置80は、図示のように、また既述のように、本体部分80aの一部が露出した状態でケース部88に収納されている。より具体的には、画像表示装置80は、映像光を射出する側の反対側に配置されるシリコン基板SSの裏面SSrの全体を露出した状態で支持・固定されている。
First, referring to FIGS. 5 (A), 5 (B), 6 (A) to 6 (C), FIGS. 7 (A) and 7 (B), an
ここで、本実施形態では、画像表示装置80の構成に関して、有機EL(OLED)を搭載させた自発光型の素子基板としてシリコン(Si)基板を採用している。これにより、まず、上述した放熱に対して高い熱伝導性をもたせることができ、高効率な放熱が可能となっている。さらに、発光素子を構成するための回路基板作成において精緻な構成のもの、すなわちより微細な構造のもの(例えば数ミクロン単位)の回路形成が可能となる。さらに、シリコン基板が画像表示装置80の外形を形成するものとなっていることで、シリコンのダイシングにおける精度の高さ(例えば製造誤差数十μ以内)を利用して、シリコン基板の各端面を高精度に切り出して、画像表示装置80をケース部88に収納する際の位置決めに利用することで、ケース部88に対する位置精度を(例えば保護ガラスGGの面等と比較してはるかに)、高精度のものとすることができる。また、ケース部88は、後述するように、画像表示装置80を内蔵した表示装置ユニット(映像素子ユニット)DUを他の光学部材(本実施形態では投射レンズ30を収納する鏡筒部39)とのアライメントさせるための部材でもあるが、ユニット内部において上記精度の高さを維持することで、結果的に投射レンズ30に対する画像表示装置80の位置精度を高い状態に保つことができる。
Here, in the present embodiment, with respect to the configuration of the
次に、表示装置ユニットDUを構成する画像表示装置80及びケース部88のうち、ケース部88の構造について説明する。図示のように(例えば図7(B)参照)、ケース部88は、中央部分に貫通孔を有する枠体構造であり、画像表示装置80の一部を開放させる開口OPを形成する放熱構造部88aと、画像表示装置80の位置決め固定を行う表示装置位置決め部(映像素子位置決め部)88bと、放熱構造部88aや表示装置位置決め部88bの反対側である映像光の射出側に設けられて画像表示装置80から射出される成分光のうち不要光を除去するマスク部88mと、鏡筒部39(図3等参照)に対する取り付けアライメントを行うための取付部である突起部材(嵌合部)88u,88vとを有する。ケース部88は、例えばアルミニウムやマグネシウム等の熱伝導性の高い金属製の部材であり、例えばダイカスト等により成形される一部材構成すなわち1つの部材で構成される構造体である。
Next, the structure of the
例えば図6(C)や図7(B)に示すように、ケース部88のうち、放熱構造部88aは、背面側(映像光を射出させる側の反対側)すなわち図中の−z側において+y側に開いたコの字型(U字型)の溝部分として形成されており、+y側から画像表示装置80の本体部分80aが挿入されるものとなっている。また、既述のように、ケース部88は、中央部分に貫通孔を有する枠体構造であり、放熱構造部88aは、コの字型(U字型)の溝部分とともに開口OPを形成するものとなっている。すなわち、図7(B)以外の各図に示されるように、シリコン基板SSの裏面SSrの全体が当該開口OPによって露出した状態となっている。ケース部88の立場で言うと、ケース部88は、当該開口OPによって裏面SSrを開放させて放熱する放熱構造部88aを有することで、シリコン基板SSの裏面SSrを放熱構造部88aによる露出部分としている。
For example, as shown in FIG. 6 (C) and FIG. 7 (B), in the
さらに、ケース部88のうち、画像表示装置80と当接して位置決めを行う表示装置位置決め部(映像素子位置決め部)88bは、図示のように、z方向についての位置決めの基準となる平面部分である第1基準面SF1と、x方向についての位置決めの基準となる平面部分である第2基準面SF2と、y方向についての位置決めの基準となる平面部分である第3基準面SF3とで構成される。これらの基準面SF1〜SF3は、例えば図8(A)及び8(B)に示すように、いずれも、矩形の板状であるシリコン基板SSの端面のうち裏面SSr以外の各端面SS1〜SS3と当接することで、高精度な位置決めがなされるものとなっている。
Further, in the
ケース部88は、既述のように、嵌合によって画像表示装置80を位置決めしつつ支持固定して画像表示装置80を収納してユニット化(モジュール化)した表示装置ユニットDUを構成するとともに、画像表示装置80すなわち表示装置ユニットDUの鏡筒部39への組付けを行うためのアライメント部分を形成する部材である。
As described above, the
さらに、ケース部88には、+z側(映像光を射出させる側)において、光軸AXに平行に延びる一対の突起部材88u,88vが形成されている。これらの突起部材88u,88vは、例えば図3や図4に示すように、投射レンズ(投射光学系)30の鏡筒部39の後端部を上下から挟むように後端部と緩く嵌合する嵌合部であり、ケース部88を鏡筒部39に固定するために用いられる。つまり、図3等において、突起部材(嵌合部)88u,88vの内面と鏡筒部39の側面との間には接着剤が充填され、ケース部88を鏡筒部39に対してアライメントした後に接着剤が硬化され、ケース部88が鏡筒部39に固定されている。この際、上下左右前後に加え3回転の回転軸に関するアライメントが可能となっている。なお、上記アライメントの前段として、導光装置20のうち導光部材10において、根元側が鏡筒部39にはめ込まれていることで固定されている。この状態において、上記のように画像表示装置80を収納したケース部88が、導光部材10等と組付けられた鏡筒部39に対してアライメントを行うことで、最終的な画像の位置合わせが可能となっている。特に、本実施形態のように、左右一対の構成の場合右眼側用の画像と左眼側用の画像とがぴったり重なった状態で視認されるように画素単位での調整が必要となり、この位置合わせが非常に重要となる。これに対して、本実施形態では、画像表示装置80が高精度でケース部88に組み込まれているため、上記調整用のマージンを最小限に抑えることができ、位置調整を可能としつつも装置の大型化を極力回避することができる。
Further, the
以下、図9(A)〜9(E)を参照して、虚像表示装置100の作製工程の一工程でもある表示装置ユニットDUの作製工程の一例について説明する。
Hereinafter, with reference to FIGS. 9A to 9E, an example of a manufacturing process of the display device unit DU which is also a manufacturing process of the virtual
まず、図9(A)に示すように、枠体構造であるケース部88のうち、z方向についての位置決めの基準となる第1基準面SF1を含む面上あるいは第1基準面SF1の近傍の面であるのりしろ面NSに接着剤88sを塗布する(接着剤塗布工程)。ここでは、例えば駆動回路等が配置される箇所等も接着のためののりしろ面NSの一部として利用され得るものとする。なお、第1基準面SF1において、接着剤88sを介さず、画像表示装置80(シリコン基板SS)の端面が第1基準面SF1に直接当接するような構成としてもよい。また、接着剤88sとしては、例えば高熱伝導性シリコーン系接着剤又は熱伝導性エポキシ接着剤を使用することが考えられる。熱伝導性の高い接着剤を用いることで、映像光の射出側においても、放熱性を高めることができる。
First, as shown in FIG. 9A, in the
次に、図9(B)に示すように、画像表示装置80を第1基準面SF1の面上に落とし込んで、接着剤88sを押し広げつつ、第1基準面SF1での位置決め、すなわち第1基準面SF1において画像表示装置80(シリコン基板SS)の端面SS1を当接させ、z方向についての位置決め(図8(A)に対応)を行う(第1位置決め工程)。なお、この際、x方向については、元々ほとんどマージンがない状態(例えばシリコンのダイシングにおける誤差の程度である数十μ以内のマージン)であり、併せて第2基準面SF2に関する位置決めすなわち第2基準面SF2において画像表示装置80(シリコン基板SS)の端面SS2が当接し、x方向についての位置決めも行われることになる(第2位置決め工程)。
Next, as shown in FIG. 9 (B), the
次に、図9(C)に示すように棒状の治具JGにより、画像表示装置80を−y方向(矢印Y1の方向)に押し込むことで、第3基準面SF3において画像表示装置80(シリコン基板SS)の端面SS3を当接させ(突き当てて)、y方向についての位置決め(図8(B)に対応)を行う(第3位置決め工程)。以上の第1〜第3位置決め工程により、第1〜第3基準面SF1〜SF3は、画像表示装置80法面SSrを開放させた状態としつつ、接着剤88sにより固着させることで画像表示装置80のケース部88における収納位置を定める表示装置位置決め部(映像素子位置決め部)88bとして機能する。なお、図9(B)から9(C)に示す治具JGによる調整すなわちスライド移動に際して、図中破線で示す矩形の表示エリアEA(すなわち有機EL素子等が形成され映像光が射出される領域)に接着剤88sが付着したりすること等がないようにできる。
Next, as shown in FIG. 9C, the
第1〜第3位置決め工程の後、図9(D)に示すように、x方向について挟み込み可能なフック治具FGにより、画像表示装置80とケース部88との当該位置関係を動かさないように固定し、接着剤88sを硬化させる。最後に、接着剤88sの硬化後、フック治具FGを取り外すことで、図9(E)に示すように、ケース部88に画像表示装置80を収納してユニット化された表示装置ユニットDUが作製される。なお、硬化させた接着剤88sが画像表示装置80とケース部88とを固着させる接着部BPとなる。
After the first to third positioning steps, as shown in FIG. 9D, the hook jig FG capable of being sandwiched in the x direction is used to prevent the positional relationship between the
以上のように、本実施形態に係る表示装置ユニットDUを含む虚像表示装置100では、映像素子である画像表示装置80が映像光を生じさせる発光部80kを含む自発光型の素子であり、別途の光源を要しないものであることで、軽量化・小型化図ることができ、延いては虚像表示装置100全体の軽量化・小型化を図ることができるものとなっている。さらに、表示装置ユニットDUのケース部88が画像表示装置80の一部を開放させて放熱する放熱構造部88aを有することで、画像表示装置80の内部温度上昇を抑制し、画像表示装置80が自発光型で特に有機EL(OLED)素子を含むものであっても、内部温度の上昇に伴う性能劣化や寿命短縮を回避し、良好な画像形成が可能となる。また、表示装置ユニットDUの作製において、高い放熱性を確保しつつ簡易かつ確実な組付けを行うことができる。この際、特にシリコン基板SSの特性を利用することで高精度な位置合わせを行うことができる。
As described above, in the virtual
以下、図10(A)等を参照して、本実施形態の一変形例の虚像表示装置について説明する。上記実施形態では、表示装置位置決め部(映像素子位置決め部)88bを構成する第1〜第3基準面SF1〜SF3は、いずれも平面形状であるものとしているが、例えば一部を突起形状としてもよい。例えば図10(A)に示す例では、y方向についての位置決めの基準となる平面に代えて、当該箇所に第3基準突起部TP3,TP3を設けている。図示の例では、平面に相当する面の両端の2箇所に設けて第3基準面SF3を設定している。この場合、治具等で矢印Y1の方向について押し込むことによるy方向についての位置決めにおける誤差を、第3基準突起部TP3,TP3によりゼロにするあるいはゼロに近づけることが可能になる。 Hereinafter, with reference to FIG. 10A and the like, a virtual image display device of a modified example of the present embodiment will be described. In the above embodiment, the first to third reference surfaces SF1 to SF3 forming the display device positioning portion (video element positioning portion) 88b are all planar, but, for example, some of them may be projecting. Good. For example, in the example shown in FIG. 10A, the third reference protrusions TP3 and TP3 are provided at the locations instead of the plane serving as the reference for positioning in the y direction. In the illustrated example, the third reference surface SF3 is set at two positions on both ends of the surface corresponding to the plane. In this case, the positioning error in the y direction caused by pushing in the direction of the arrow Y1 with a jig or the like can be made zero or close to zero by the third reference protrusions TP3 and TP3.
さらに、例えば図10(B)に示すように、x方向についての位置決めについても突起形状としてもよい。すなわち、x方向についての位置決めの基準となる平面に代えて、当該箇所に第2基準突起部TP2,TP2を設けている。図示の例では、平面に相当する面(片側の面)の両端の2箇所に設けて第2基準面SF2を設定している。この場合、治具等で矢印X1の方向及び矢印Y1の方向あるいはこれら双方の方向の成分を含む方向押し込むことによるx方向及びy方向についての位置決めにおける誤差を、第2基準突起部TP2,TP2及び第3基準突起部TP3,TP3によりゼロにするあるいはゼロに近づけることが可能になる。 Further, for example, as shown in FIG. 10B, the projection shape may be used for the positioning in the x direction. That is, instead of the plane that serves as a reference for positioning in the x direction, the second reference protrusions TP2 and TP2 are provided at the locations. In the illustrated example, the second reference surface SF2 is set at two positions on both ends of the surface (one surface) corresponding to the flat surface. In this case, the positioning error in the x direction and the y direction caused by pushing in the direction of the arrow X1 and the direction of the arrow Y1 or the direction including the components in both directions by a jig or the like is determined. The third reference protrusions TP3 and TP3 can be set to zero or approach zero.
〔その他〕
以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
[Other]
Although the present invention has been described with reference to the above embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the scope of the invention.
例えば、上記の例では、シリコン基板SSの裏面SSrの全体が開口OPによって露出した状態となっているものとしているが、裏面の露出については、放熱等が十分であれば、必ずしも裏面SSrの全体を露出させている必要はなく一部が他の部材によって覆われているものとしてもよい。例えば、図11(A)及び図11(A)のAA矢視断面に相当する図11(B)において概念的に示すように、ケース部88においてシリコン基板SSの裏面SSrの一部に当接する一対の当接部分CPを設けて当接部分CPによってシリコン基板SSを支持固定させる構造とすることも可能である。
For example, in the above example, the entire back surface SSr of the silicon substrate SS is assumed to be exposed by the opening OP, but the exposure of the back surface is not always the entire back surface SSr as long as heat radiation or the like is sufficient. Does not need to be exposed, and may be partially covered by another member. For example, as conceptually shown in FIG. 11A and FIG. 11B corresponding to the cross section taken along the line AA of FIG. 11A, the
また、上記において、放熱部DPの構成について、一例としてシート状の部材を裏面側に直接貼り付けるものとしているが、これに限らず、例えば冷却用のファンやフィン構造、ペルチェ素子を設ける等種々の構造や手段を放熱部DPとして適用することが考えられる。 Further, in the above description, regarding the configuration of the heat dissipation portion DP, as an example, a sheet-like member is directly attached to the back surface side, but the invention is not limited to this, and various types such as a cooling fan or fin structure, a Peltier element, etc. may be provided. It is conceivable to apply the structure or means described above as the heat dissipation part DP.
また、上記では、画像表示装置80の素子基板をシリコン基板としているが、必要に足りる放熱や位置精度が確保される場合には、石英ガラス等の他の部材を使用することも可能である。
Further, in the above description, the element substrate of the
また、上記では、ケース部88をアルミニウムやマグネシウム等の熱伝導性の高い金属製のものとしているが、画像表示装置80の放熱や収納位置精度が確保されれば、これ以外の材料(例えば樹脂材料)を適用するものとしてもよい。
Further, in the above description, the
また、上記において、画像表示装置80としては、種々のものを利用可能であり、例えば、反射型の液晶表示デバイスを用いた構成も可能であり、液晶表示デバイス等からなる映像表示素子に代えてデジタル・マイクロミラー・デバイス等を用いることもできる。
Further, in the above description, various types of
上記の説明では、第2面S12のハーフミラー層を例えば金属反射膜や誘電体多層膜としたが、平面又は曲面のホログラム素子に置き換えることができる。また、第5面S15についても、ミラー反射面とする場合のほか、ホログラム素子で構成することも可能である。 In the above description, the half mirror layer on the second surface S12 is, for example, a metal reflection film or a dielectric multilayer film, but it can be replaced with a flat or curved hologram element. Further, the fifth surface S15 can also be configured by a hologram element in addition to the case where it is a mirror reflecting surface.
上記の説明では、導光部材10等が眼の並ぶ横方向に延びているが、導光部材10を縦方向に延びるように配置することもできる。この場合、導光部材10は、直列的ではなく並列的に平行配置された構造を有することになる。
In the above description, the
上記の説明では、画像光と外界光とを重畳させる態様についてのみ説明しているが、例えば重畳させずに画像光のみにする態様と外界光のみにする態様とを切り替えて観察することができる虚像表示装置において適用してもよい。 In the above description, only the aspect in which the image light and the external light are superimposed is described, but for example, the aspect in which only the image light is allowed without superimposing and the aspect in which only the external light is observed can be switched and observed. You may apply in a virtual image display apparatus.
また、本願発明の技術を、ディスプレイと撮像装置とで構成されるいわゆるビデオシースルーの製品に対応させるものとしてもよい。 Further, the technique of the present invention may be applied to a so-called video see-through product including a display and an imaging device.
また、本願発明の技術、すなわち画像表示装置(映像素子)のユニット化において放熱のための構造を有したケーシング(映像素子ユニット構造)を、カメラのファインダーや小型のプロジェクター等の表示装置において利用することも可能である。 Further, the technique of the present invention, that is, the casing (image element unit structure) having a structure for heat dissipation in unitizing an image display device (image element) is used in a display device such as a camera finder or a small projector. It is also possible.
なお、以上のような他への応用等の場合において、例えば、表示装置ユニット(映像素子ユニット)について他の光学部品との高精度なアライメントが必要でない場合には、当該アライメントのための取付部(典型的には突起部材(嵌合部)88u,88vのようなもの)を有しない構成としてもよい。 In the case of other applications as described above, for example, when the display device unit (video element unit) does not require high-precision alignment with other optical components, a mounting portion for the alignment is required. (Typically, protrusion members (fitting portions) such as 88u and 88v) may be omitted.
10…導光部材、11…導光部分、12…導光部分、20…導光装置、30…投射レンズ、39…鏡筒部、50…光透過部材、80…画像表示装置(映像素子)、80a…本体部分、80f…FPC部、80k…発光部、88…ケース部、88a…放熱構造部、88b…表示装置位置決め部(映像素子位置決め部)、88m…マスク部、88s…接着剤、88u,88v…突起部材(取付部)、100…虚像表示装置、100A…表示装置、100B…表示装置、101a…光学部材、101a,101b…光学部材、101b…光学部材、102…フレーム部、102a…中央部、102b…支持体、102c,102d…周辺部、102p…本体部分、104…テンプル、105a,105b…像形成本体部、105d…外装部材、S11‐S15…面、S51‐S53…透過面、SF1‐SF3…基準面、SS…シリコン基板、SS1‐SS3…各端面、SSr…裏面(露出部分)、TP2,TP2…基準突起部、TP3,TP3…基準突起部、X1…矢印、Y1…矢印、AX…光軸、BP…接着部、DP…放熱部、DU…表示装置ユニット、EA…表示エリア、FG…フック治具、GG…保護ガラス、GL…映像光、JG…治具、NS…のりしろ面、OP…開口
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記映像素子を収納するケース部と
を備え、
前記ケース部は、前記映像素子のうち映像光を射出する側の反対側を開放させて放熱する放熱構造部と、前記映像素子の収納位置を定める映像素子位置決め部を有し、前記映像素子の位置決めの際に前記映像素子をスライドして前記映像素子位置決め部に当接できるように、前記映像素子位置決め部がコの字型である、虚像表示装置。 A video element including a light emitting unit for generating video light;
A case portion for accommodating the image element,
The case portion has a heat dissipation structure portion that radiates heat by opening the side of the image element opposite to the side from which image light is emitted, and an image element positioning portion that defines a storage position of the image element. A virtual image display device in which the video element positioning portion is U-shaped so that the video element can slide and come into contact with the video element positioning portion during positioning.
前記ケース部において、前記放熱構造部は、前記シリコン基板の裏面を開放して放熱する、請求項1または2に記載の虚像表示装置。 The video device includes an organic EL device forming the light emitting unit formed on a silicon substrate,
In the case portion, the heat dissipation structure is dissipated by opening the rear surface of the silicon substrate, the virtual image display device according to claim 1 or 2.
前記映像素子からの映像光を前記導光部材に入射させる投射光学系と
をさらに備える、請求項1〜6のいずれか一項に記載の虚像表示装置。 A light guide member for guiding the image light from the image element by total reflection on a plurality of surfaces,
It said to be incident on the light guide member to image light from the image sensor further comprising a projection optical system, the virtual image display device according to any one of claims 1-6.
前記ケース部の前記映像素子位置決め部において前記映像素子を固着させるための接着剤を塗布し、
前記放熱構造部において前記映像素子を開放させた状態としつつ、前記映像素子を前記ケース部の基準面でスライドさせて前記映像素子位置決め部に当接させることにより位置合わせし、前記接着剤により固着させる、映像素子ユニットを備えた虚像表示装置の製造方法。 A video device including a light emitting unit for generating video light and a case unit for housing the video device are provided, and the case unit radiates heat by opening the side of the video device opposite to the side from which the video light is emitted. Virtual image display provided with a video element unit having a heat dissipation structure section and a video element positioning section arranged in a U-shape that abuts on a location other than the location where the video element is opened to define the storage position of the video element A method of manufacturing a device , comprising:
Applying an adhesive for fixing the image element in the image element positioning portion of the case portion,
While a state of said opens the image elements in the heat dissipation structure, the image element is slid in the reference surface of the case portion aligned by abutting on the image sensor positioning unit, secured by the adhesive A method of manufacturing a virtual image display device including a video element unit.
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