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WO2023238460A1 - 光源ユニット及び映像表示装置 - Google Patents

光源ユニット及び映像表示装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2023238460A1
WO2023238460A1 PCT/JP2023/007848 JP2023007848W WO2023238460A1 WO 2023238460 A1 WO2023238460 A1 WO 2023238460A1 JP 2023007848 W JP2023007848 W JP 2023007848W WO 2023238460 A1 WO2023238460 A1 WO 2023238460A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
display device
light
image
polarizing plate
source unit
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/007848
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
和 北原
貴紀 有賀
肇 秋元
Original Assignee
日亜化学工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日亜化学工業株式会社 filed Critical 日亜化学工業株式会社
Publication of WO2023238460A1 publication Critical patent/WO2023238460A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/02—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays

Definitions

  • Embodiments of the present invention aim to provide a light source unit and an image display device that can improve the quality of virtual images.
  • FIG. 1 is an end view showing a video display device according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is an end view showing the light source unit according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is an end view showing the display device of the video display device according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the scenery seen from a viewer in the driver's seat.
  • FIG. 5A is a schematic diagram showing the principle of the light source unit according to the first embodiment.
  • FIG. 5B is a schematic diagram showing the principle of a light source unit according to a reference example.
  • FIG. 6A is a graph showing the light distribution pattern of light emitted from one light emitting area in Examples 1, 11, Reference Example, and LCD.
  • FIG. 6B is a graph showing the uniformity of brightness of the third image in Examples 1 to 12 and the reference example.
  • FIG. 7 is an end view showing a light source unit according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view of a part of the first display device in the second embodiment.
  • FIG. 9 is an end view showing a light source unit according to the third embodiment.
  • FIG. 10 is a perspective view showing a wire grid polarizing plate in the fourth embodiment.
  • FIG. 1 is an end view showing a video display device according to this embodiment.
  • FIG. 2 is an end view showing the light source unit according to this embodiment.
  • the video display device 10 is mounted on, for example, an automobile 1000 and constitutes a HUD (Head Up Display).
  • the automobile 1000 includes a vehicle 13 and a video display device 10 fixed to the vehicle 13.
  • the viewer 14 is a passenger of the automobile 1000, for example, a driver.
  • the video display device 10 includes a light source unit 11 and a reflection unit 12.
  • the light source unit 11 includes a first display device 110A, a second display device 110B, a first polarizing plate 111A, a second polarizing plate 111B, a reflective polarizing plate 117, a first reflective member 113A, and a second reflective polarizing plate 117. It includes a member 113B, a first wavelength plate 114A, a second wavelength plate 114B, and a third wavelength plate 115.
  • the first display device 110A can display the first image.
  • the second display device 110B can display the second image.
  • the first image and the second image are virtual images that the viewer 14 sees on the other side of the front windshield 13a of the vehicle 13.
  • the first image and the second image are, for example, a character string and/or a figure.
  • P-polarized light means light whose electric field vibration direction is substantially parallel to the YZ plane.
  • S-polarized light means light whose electric field vibration direction is approximately perpendicular to the YZ plane including incident light and reflected light.
  • the second reflecting member 113B has a second concave surface 113aB.
  • the second reflecting member 113B reflects the second polarized light reflected by the reflective polarizing plate 117 toward the reflective polarizing plate 117 on the second concave surface 113aB, and projects a second image IM2 corresponding to the second image onto the projection unit. Project. Thereby, the image (fourth image IM4) that can be visually recognized by the viewer 14 is displayed on the other side of the projection unit as seen from the viewer 14.
  • the first wavelength plate 114A is arranged between the reflective polarizing plate 117 and the first reflective member 113A.
  • the second wavelength plate 114B is arranged between the reflective polarizing plate 117 and the second reflective member 113B.
  • the third wavelength plate 115 transmits the light reflected by the first reflecting member 113A and reflected by the reflective polarizing plate 117, and the light reflected by the second reflecting member 113B and transmitted through the reflective polarizing plate 117. .
  • the first image IM1 and the second image IM2 are real images and intermediate images.
  • the third image IM3 is a virtual image larger than the first image IM1.
  • the fourth image IM4 is a virtual image larger than the second image IM2.
  • the first image, the first image IM1, and the third image IM3 are generally similar.
  • the second image, second image IM2, and fourth image IM4 are generally similar.
  • the first wave plate 114A, the second wave plate 114B, and the third wave plate 115 are, for example, 1/4 ⁇ plates. However, the first wave plate 114A, the second wave plate 114B, and the third wave plate 115 do not necessarily have to be 1/4 ⁇ plates. Further, the third wavelength plate 115 may not be provided.
  • the first optical path length LPA of the light emitted from the first display device 110A from the first display device 110A to the first reflective member 113A is the second optical path length LPA of the light emitted from the second display device 110B. longer than the second optical path length LPB from the device 110B to the second reflective member 113B, and the curvature RA of the first concave surface 113aA is greater than the curvature RB of the second concave surface 113aB, that is, LPA>LPB and RA>RB It is.
  • the reflection unit 12 is separated from the light source unit 11 and reflects the light emitted from the light source unit 11.
  • the first image IM1 and the second image IM2 are formed between the light source unit 11 and the reflection unit 12.
  • the longitudinal direction of the vehicle 13 is referred to as the "X direction”
  • the left-right direction of the vehicle 13 is referred to as the "Y direction”
  • the vertical direction of the vehicle 13 is referred to as the "Z direction.”
  • the XY plane is a horizontal plane of the vehicle 13.
  • the direction of the arrow forward
  • the opposite direction backward
  • the light source unit 11 is provided on the ceiling portion 13b of the vehicle 13.
  • the light source unit 11 is arranged, for example, inside a wall 13s1 exposed inside the vehicle at the ceiling portion 13b.
  • the wall 13s1 is provided with a through hole 13h1 through which the light emitted from the light source unit 11 can pass.
  • the light emitted from the light source unit 11 passes through the through hole 13h1 and is irradiated into the space between the viewer 14 and the front windshield 13a.
  • the light source unit 11 may be attached to the ceiling surface of the vehicle 13.
  • the through hole 13h1 may be provided with a cover that is transparent, translucent, or colored black, and has a small haze value. Providing the cover can prevent dust from adhering to the optical unit. Moreover, it is possible to suppress the light source unit 11 from being visually recognized through the through hole 13h1, and the design can be improved.
  • the haze value is preferably 50% or less, and even more preferably 20% or less. By covering such a haze value, the above-mentioned effects can be obtained while suppressing a significant decrease in the brightness of the light emitted from the light source unit 11 and disturbance of the image.
  • the first display device 110A and the second display device 110B are arranged with their image display surfaces facing the +X direction.
  • the first display device 110A and the second display device 110B are arranged along the Z direction, and the first display device 110A is arranged on the +Z direction side (upper side) than the second display device 110B.
  • the present invention is not limited to this, and the second display device 110B may be arranged on the +Z direction side (upper side) than the first display device 110A.
  • the first display device 110A and the second display device 110B may be arranged along the Y direction.
  • the first polarizing plate 111A is arranged on the +X direction side (front side) of the first display device 110A. As a result, light emitted from the first display device 110A (light forming the first image) enters the first polarizing plate 111A.
  • the second polarizing plate 111B is arranged on the +X direction side (front side) of the second display device 110B. As a result, light emitted from the second display device 110B (light forming the second image) enters the second polarizing plate 111B.
  • the reflective polarizing plate 117 is arranged on the +X direction side of the first polarizing plate 111A and the second polarizing plate 111B.
  • the reflective polarizing plate 117 is inclined with respect to the Z direction so that it is displaced in the +X direction as it goes in the +Z direction.
  • the reflective polarizing plate 117 has a first surface 117a and a second surface 117b opposite to the first surface 117a.
  • the first surface 117a faces in a direction between the +Z direction and the -X direction, and faces the first polarizing plate 111A and the second polarizing plate 111B.
  • the second surface 117b faces in a direction between the -Z direction and the +X direction.
  • the first wavelength plate 114A is arranged on the +X direction side of the reflective polarizing plate 117, and faces the second surface 117b of the reflective polarizing plate 117.
  • the first reflecting member 113A is arranged on the +X direction side of the first wavelength plate 114A, and the first concave surface 113aA of the first reflecting member 113A faces in the ⁇ X direction. Thereby, the first concave surface 113aA faces the first wave plate 114A.
  • the first display device 110A, the first polarizing plate 111A, the reflective polarizing plate 117, the first wavelength plate 114A, and the first reflecting member 113A are arranged on the same straight line in this order along the +X direction.
  • the second wavelength plate 114B is arranged in a direction between the ⁇ X direction and the +Z direction when viewed from the reflective polarizing plate 117, and faces the first surface 117a of the reflective polarizing plate 117.
  • the second reflecting member 113B is arranged on the side of the second wavelength plate 114B between the -X direction and the +Z direction, and the second concave surface 113aB of the second reflecting member 113B is arranged on the side between the +X direction and the -Z direction. facing the direction. Thereby, the second concave surface 113aB faces the second wave plate 114B.
  • the third wavelength plate 115 is arranged in a direction between the +X direction and the -Z direction when viewed from the reflective polarizing plate 117, and faces the second surface 117b of the reflective polarizing plate 117.
  • the light that reaches the third wavelength plate 115 from the reflective polarizing plate 117 and passes through the third wavelength plate 115 is emitted in a direction between the +X direction and the -Z direction.
  • the first display device 110A and the first polarizing plate 111A, the second display device 110B and the second polarizing plate 111B, the second wavelength plate 114B and the second reflective member 113B are connected to the first surface of the reflective polarizing plate 117. It is arranged on the 117a side.
  • the first display device 110A and the first polarizing plate 111A are connected to the optical path between the second display device 110B and the reflective polarizing plate 117, and the optical path between the reflective polarizing plate 117 and the second reflective member 113B.
  • the second display device 110B and the second polarizing plate 111B obstruct the optical path between the first display device 110A and the reflective polarizing plate 117 and the optical path between the reflective polarizing plate 117 and the second reflective member 113B. It is placed in a position where it is not.
  • the second wavelength plate 114B and the second reflective member 113B obstruct the optical path between the first display device 110A and the reflective polarizing plate 117 and the optical path between the second display device 110B and the reflective polarizing plate 117. It is placed in a position where it is not.
  • the first wavelength plate 114A, the first reflective member 113A, and the third wavelength plate 115 are arranged on the second surface 117b side of the reflective polarizing plate 117.
  • the first wavelength plate 114A and the first reflecting member 113A are arranged at positions where they do not obstruct the optical path between the reflective polarizing plate 117 and the third wavelength plate 115.
  • the third wavelength plate 115 is arranged at a position where it does not obstruct the optical path between the reflective polarizing plate 117 and the first reflective member 113A.
  • the mirror 131 may include a main body member made of glass, a resin material, or the like, and a reflective film such as a metal film or a dielectric multilayer film provided on the surface of the main body member and forming the mirror surface 131a. Further, the mirror 131 may be entirely made of a metal material. In one example, mirror surface 131a is a biconic surface. However, the mirror surface may be a part of a spherical surface or may be a free-form surface.
  • the first display device 110A is a first LED display having multiple LED elements.
  • the second display device 110B is a second LED display having a plurality of LED elements.
  • the first display device 110A and the second display device 110B are also collectively referred to as the "display device 110.” That is, the following description of "display device 110" applies to both the first display device 110A and the second display device 110B.
  • one of the first display device 110A and the second display device 110B may have a configuration different from that described below.
  • FIG. 3 is an end view showing the display device of the video display device according to this embodiment.
  • the display device 110 a plurality of LED elements 112 as shown in FIG. 3 are arranged in a matrix. Each pixel of the display device 110 corresponds to one or more LED elements 112.
  • each LED element 112 is mounted face down on the substrate 111. However, each LED element may be mounted face-up on the board.
  • Each LED element 112 has a semiconductor stack 112a, an anode electrode 112b, and a cathode electrode 112c.
  • the semiconductor stack 112a includes a p-type semiconductor layer 112p1, an active layer 112p2 placed on the p-type semiconductor layer 112p1, and an n-type semiconductor layer 112p3 placed on the active layer 112p2.
  • a gallium nitride-based compound semiconductor represented by In X Al Y Ga 1-XY N (0 ⁇ X, 0 ⁇ Y, X+Y ⁇ 1) is used for the semiconductor stack 112a.
  • the light emitted by the LED element 112 is visible light in this embodiment.
  • the anode electrode 112b is electrically connected to the p-type semiconductor layer 112p1. Further, the anode electrode 112b is electrically connected to the wiring 118b.
  • the cathode electrode 112c is electrically connected to the n-type semiconductor layer 112p3. Further, the cathode electrode 112c is electrically connected to another wiring 118a.
  • a metal material can be used for each electrode 112b, 112c.
  • optical axis C the optical axis of light emitted from each pixel 110p will be simply referred to as "optical axis C.”
  • the optical axis C is parallel to the YZ plane on which the plurality of pixels 110p are arranged, and the light from one pixel 110p is irradiated on the first plane P1 located on the light emission side of the display device 110.
  • the brightness is at the point a1 in the range where the light from this pixel 110p is irradiated in the second plane P2 which is parallel to the YZ plane and separated from the first plane P1. This is a straight line connecting the maximum point a2. If there are multiple points where the brightness is maximum, for example, the center point of those points may be set as the point where the brightness is maximum. Note that from a productivity standpoint, it is desirable that the optical axis C be parallel to the X axis.
  • the light distribution pattern of the light emitted from this pixel 110p in each plane is approximately Lambertian light distribution, and The numerical values of n are also approximately equal.
  • the plurality of principal rays LA intersect with each other before entering the first reflecting member 113A. Note that, in FIG. 2 and the like, this intersection is not shown in order to simplify the drawings.
  • the point where the plurality of principal rays LA intersect will be referred to as a "focal point F.” Therefore, whether or not the first reflecting member 113A has substantially telecentricity on the first image IM1 side can be confirmed by the following method using, for example, the retrograde property of light. First, a light source capable of emitting parallel light, such as a laser light source, is placed near the position where the first image IM1 is formed.
  • the reflective polarizing plate 117 is irradiated with light emitted from this light source.
  • the light emitted from this light source and passed through the reflective polarizing plate 117 is incident on the first reflective member 113A. If there is a point where the light emitted from the first reflecting member 113A reaches the display device 110A, that is, a focal point F, the first reflecting member 113A is approximately telecentric on the first image IM1 side. It can be determined that it has a sexual nature. The same applies when the second reflecting member 113B has substantially telecentricity on the second image IM2 side.
  • the first polarized light that has passed through the reflective polarizing plate 117 passes through the first wavelength plate 114A and becomes circularly polarized light, and is reflected and condensed by the first concave surface 113aA of the first reflecting member 113A.
  • the light passes through the plate 114A again, becomes second polarized light (for example, S-polarized light), and returns to the second surface 117b of the reflective polarizing plate 117.
  • This second polarized light is reflected on the second surface 117b of the reflective polarizing plate 117 and becomes circularly polarized light LA by passing through the third wavelength plate 115, and is transmitted obliquely downward from the light source unit 11, that is, in the +X direction and the -Z direction. Emits light in the direction between.
  • the second display device 110B displays the second image.
  • the light emitted from the second display device 110B becomes second polarized light (for example, S-polarized light) having a second polarization direction by passing through the second polarizing plate 111B.
  • second polarized light for example, S-polarized light
  • the first surface 117a of the reflective polarizing plate 117 reflects the second polarized light.
  • the second polarized light reflected by the reflective polarizing plate 117 passes through the second wavelength plate 114B and becomes circularly polarized light, and is reflected and condensed by the second concave surface 113aB of the second reflecting member 113B.
  • the light passes through the wavelength plate 114B again, becomes the first polarized light (for example, P polarized light), and returns to the first surface 117a of the reflective polarizing plate 117.
  • this first polarized light reaches the first surface 117a of the reflective polarizing plate 117, it passes through the reflective polarizing plate 117 and reaches the third wavelength plate 115.
  • the first polarized light becomes circularly polarized light LB by passing through the third wavelength plate 115, and is emitted obliquely downward from the light source unit 11, that is, in a direction between the +X direction and the ⁇ Z direction.
  • the light LA having the information of the first image and the light LB having the information of the second image are emitted from the light source unit 11.
  • the light LA and the light LB form a first image IM1 and a second image IM2 between the light source unit 11 and the reflection unit 12, respectively.
  • the viewer 14 recognizes the third image IM3 when the light LA enters the eye box 14a, and recognizes the fourth image IM3 when the light LB enters the eye box 14a.
  • the image IM4 is recognized.
  • the third image IM3 is a virtual image based on the first image
  • the fourth image IM4 is a virtual image based on the second image.
  • the fourth image IM4 is displayed above the third image IM3.
  • the distance DA to the third image IM3 that the viewer 14 recognizes can be controlled mainly by the curvature RA of the first concave surface 113aA of the first reflective member 113A.
  • the distance DB to the fourth image IM4 that the viewer 14 recognizes can be controlled mainly by the curvature RB of the second concave surface 113aB of the second reflective member 113B.
  • the larger the curvature RA or RB the closer the third image IM3 or fourth image IM4 appears. Therefore, by making the curvature RA and the curvature RB different, it is possible to make the distance DA to the third image IM3 and the distance DB to the fourth image IM4 recognized by the viewer 14 different. As a result, the viewer 14 can perceive the virtual image three-dimensionally.
  • the distance DA is made shorter than the distance DB, and the viewer 14 perceives the third image IM3 as closer than the fourth image IM4.
  • the third image IM3 is recognized at a position 5 m in front of the viewer 14, and the fourth image IM4 is recognized at a position 10 m in front of the viewer 14.
  • the third image IM3 may display information representing the driving state of the automobile 1000, such as the speed, and the fourth image IM4 may display navigation information, such as corner information. The direction may also be displayed.
  • the distance DA and the distance DB are 3 m to 10 m
  • the size of the eye box 14a is 150 mm in the horizontal direction (X direction) and 60 mm in the vertical direction (Z direction)
  • the FOV (field of view) is horizontal.
  • the angle is 1.46 degrees in the direction (X direction) and 0.365 degrees in the vertical direction (Z direction)
  • the size of the display device 110 is 2.2 mm x 8.8 mm
  • the curvature RA and the curvature RB are 100 mm to 200 mm.
  • the first optical path length LPA and the second optical path length LPB are 80 mm to 90 mm.
  • the light emitted from the first display device 110A is transmitted through the first polarizing plate 111A, the reflective polarizing plate 117, the first wavelength plate 114A, the first reflective member 113A, the first wavelength plate 114A, the reflective The light is emitted from the light source unit 11 via the polarizing plate 117 and the third wavelength plate 115.
  • the light emitted from the second display device 110B is transmitted through the second polarizing plate 111B, the reflective polarizing plate 117, the second wavelength plate 114B, the second reflective member 113B, the second wavelength plate 114B, the reflective polarizing plate 117, and the second wavelength plate 114B.
  • the light is emitted from the light source unit 11 via the three-wavelength plate 115.
  • the light that is emitted from the first display device 110A to form the third image IM3 and the light that is emitted from the second display device 110B to form the fourth image IM4 are the same number and type of optical fibers. Via the element. Therefore, the quality of the third image IM3 and the fourth image IM4 can be made equal, and the viewer 14 feels less mismatch between the third image IM3 and the fourth image IM4. As a result, a virtual image with good overall quality can be displayed.
  • the light source unit 11 since the light source unit 11 according to this embodiment includes the third wavelength plate 115, the light LA and the light LB emitted from the light source unit 11 can be circularly polarized. Thereby, the difference in reflectance when the light LA and the light LB are reflected on the front windshield 13a is reduced, and the brightness of the third image IM3 and the fourth image IM4 becomes uniform. This also improves the quality of the virtual image.
  • FIG. 5A the light distribution pattern of light emitted from two pixels 110p of the plurality of pixels 110p of the display device 110 in this embodiment is shown by broken lines.
  • FIG. 5B the light distribution pattern of light emitted from two pixels 2110p of the plurality of pixels 2110p of the display device 2110 in the reference example is shown by broken lines.
  • FIGS. 5A and 5B the imaging optical systems 120 and 2120 are shown in a simplified manner.
  • the display device 2110 is a liquid crystal display (LCD) including a plurality of pixels 2110p. As shown by the broken line in FIG. 5B, the light emitted from each pixel 2110p is mainly distributed in the normal direction of the light exit surface 2110s. Further, although there are many planes including the optical axis of light emitted from one pixel 2110p, in the display device 2110 which is an LCD, the light distribution pattern of light emitted from one pixel 2110p within each plane is mutually different. different.
  • the luminous intensity of the light emitted from each pixel 2110p in the direction of the angle ⁇ with respect to the optical axis is approximated by cos 20 ⁇ times the luminous intensity on the optical axis. It has a light distribution pattern.
  • the first reflective member 113A and/or the second reflective member 113B (hereinafter collectively referred to as "reflective members”) take in light emitted from each pixel 2110p in a direction other than the normal direction, all Even if the brightness of the light emitted from the pixel 2110p is made uniform, there may be variations in brightness and chromaticity in the first image IM1 and/or the second image (hereinafter collectively referred to as "the first image, etc.”). occurs. That is, the quality of the first image and the like deteriorates. Therefore, in order to prevent the quality of the first image etc. from deteriorating, it is necessary to take in the light emitted from each pixel 2110p of the display device 2110 from the normal direction. As a result, the reflective member becomes larger.
  • the reflecting member has substantially telecentricity on the side of the first image, etc., and the light emitted from the display device 110 has a substantially Lambertian light distribution. Therefore, the quality of the first image and the like can be improved while reducing the size of the light source unit 11.
  • the display device 110 is an LED display having a plurality of LED elements 112, and the light emitted from each LED element 112 has a substantially Lambertian light distribution.
  • the first image and the like are formed between the light source unit 11 and the reflection unit 12.
  • light emitted from one point on the display device 110 is focused at a position where the first image or the like is formed.
  • the diameter of the light emitted from one point of the display device 110 is from the light source unit 11 toward the reflection unit 12. , gradually spread. Therefore, in the present embodiment, in the third wavelength plate 115, the range that is irradiated with the light emitted from one point of the display device 110 can be made smaller compared to the case where the first image or the like is not formed. Therefore, the third wavelength plate 115 can be made smaller.
  • the video display devices include a light source unit and a reflection unit, and the light source unit includes a plurality of light emitting areas arranged in a matrix, a first polarizing plate 111A, and a reflective type.
  • the simulation software was set to include an imaging optical system including a polarizing plate 117, a first reflecting member 113A, a first wavelength plate 114A, and a third wavelength plate 115. Each light emitting area corresponds to each pixel 110p of the display device 110 in the above embodiment.
  • the simulation software is set so that the luminous intensity in the direction of angle ⁇ with respect to the optical axis of each light emitting area has a light distribution pattern expressed as cos 20 ⁇ times the luminous intensity on the optical axis. did.
  • Imaging optical systems in Examples 1 to 12 and Reference Examples that is, optical functions including a first polarizing plate 111A, a reflective polarizing plate 117, a first reflecting member 113A, a first wavelength plate 114A, and a third wavelength plate 115 Both were set to have telecentricity on the first image side.
  • uniformity of brightness is a value expressed as a percentage of the minimum value to the maximum value of brightness within the third image.
  • uniformity of brightness is a value expressed as a percentage of the minimum value to the maximum value of brightness within the third image.
  • n in cos n ⁇ which is an approximate expression of the light distribution pattern, is preferably 11 or less, and even more preferably 1. Note that, as described above, as n deviates from 1, the uniformity of the brightness of the third image IM3 decreases, but in order to compensate for such non-uniformity of brightness, the display brightness of the display device 110 is set to a predetermined value in advance. A brightness distribution can be provided.
  • the display device 110 may be controlled so that the output of the LED element 112 of the pixel 110p on the outer edge side is larger than the output of the LED element 112 of the pixel 110p on the center side.
  • FIG. 7 is an end view showing the light source unit according to this embodiment.
  • FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view of a part of the first display device in this embodiment.
  • the light source unit 21 uses a first display device instead of the first display device 110A and the first polarizing plate 111A. 710A is provided, and a second display device 710B is provided instead of the second display device 110B and the second polarizing plate 111B.
  • the light emitting surface of the LED element 712 is generally flat, and further includes a protective layer 714, a wavelength conversion member 715, a light scattering member 716, and a second polarizing plate.
  • the other configuration of the second display device 710B is the same as the second display device 110B in the first embodiment. In the following description, the first display device 710A will be described, but the same applies to the second display device 710B.
  • the protective layer 714 covers the plurality of LED elements 712 arranged in rows and columns.
  • the protective layer 714 is made of, for example, a polymer material having a sulfur (S)-containing substituent or a phosphorus (P) atom-containing group, or a high refractive material in which inorganic nanoparticles with a high refractive index are introduced into a polymer matrix such as polyimide.
  • Transparent materials such as composite nanocomposite materials can be used.
  • the wavelength conversion member 715 is arranged on the protective layer 714.
  • the wavelength conversion member 715 includes one or more wavelength conversion materials such as a general phosphor material, a perovskite phosphor material, or a quantum dot (QD).
  • the light emitted from each LED element 712 enters the wavelength conversion member 715.
  • the wavelength conversion material emits light having an emission peak wavelength different from the emission peak wavelength of each LED element 712.
  • the light emitted by the wavelength conversion member 715 has a substantially Lambertian light distribution.
  • the light emitted from the LED element 712 is irradiated onto the wavelength conversion member 715.
  • the wavelength conversion member 715 is excited and emits light having a peak emission wavelength longer than the peak emission wavelength of the light emitted from the LED element 712.
  • the light emitted from the wavelength conversion member 715 includes light emitted from the LED element 712 and whose wavelength was not converted by the wavelength conversion member 715, and light emitted from the LED element 712 and whose wavelength was converted by the wavelength conversion member 715. Contains light.
  • the light emitted from the wavelength conversion member 715 is also referred to as “short wavelength light", and the light emitted from the LED element 712 and wavelength-converted.
  • the light whose wavelength has been converted by the member 715 is also referred to as “long wavelength light.”
  • most of the light emitted from the LED element 712 may be absorbed by the wavelength conversion member 715.
  • first polarized light 710p included in these short wavelength lights and long wavelength lights is transmitted through the first polarizing plate 740 and exits from the first display device 710A. Moreover, most of the second polarized light 710s included in these short wavelength lights and long wavelength lights is reflected by the first polarizing plate 740. A portion of the second polarized light 710s reflected by the first polarizing plate 740 is scattered and reflected by components of the first display device 710A, such as the light scattering member 716 and the wavelength conversion member 715. Due to scattered reflection, a portion of the second polarized light 710s is converted into the first polarized light 710p.
  • a part of the first polarized light 710p converted from the second polarized light 710s passes through the first polarizing plate 740 and exits from the first display device 710A. Therefore, the brightness of the first image IM1 can be improved while increasing the proportion of the first polarized light 710p included in the light emitted from the first display device 710A.
  • the brightness of the third image IM3 also improves. This makes it easier for the viewer 14 to visually recognize the third image IM3.
  • a part of the short wavelength light included in the second polarized light 710s may be reflected by the first polarizing plate 740 and then enter the wavelength conversion member 715.
  • the wavelength conversion member 715 absorbs the short wavelength light of the second polarized light 710s and newly emits long wavelength light. Both the scattered reflected light and the emitted light have approximately Lambertian light distribution.
  • the first polarizing plate 740 itself may scatter and reflect the second polarized light 710s. Also in this case, a portion of the second polarized light 710s is converted into the first polarized light 710p due to scattering and reflection.
  • one first polarizing plate 740 covers all pixels of the first display device 710A.
  • the first display device 710A may include a plurality of first polarizing plates 740, and each first polarizing plate 740 may be arranged on each pixel.
  • the configuration of the first display device is not limited to the above.
  • the first display device may be configured without a light scattering member.
  • the first display device may be configured without the wavelength conversion member.
  • the first display device can be used as a wavelength conversion member and a light scattering member.
  • a configuration may be adopted in which neither of the members is provided. The same applies to the second display device.
  • FIG. 9 is an end view showing the light source unit according to this embodiment.
  • the light source unit 31 according to the present embodiment has the same structure as the light source unit 11 according to the first embodiment, but also includes a first light shielding member 116A and a second light shielding member 116B. are different.
  • FIG. 10 is a perspective view showing the wire grid polarizing plate in this embodiment.
  • wire grid polarizing plates 121 are provided as the first polarizing plate and the second polarizing plate, respectively.
  • the embodiment includes the following aspects.

Landscapes

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)

Abstract

光源ユニットは、第１表示装置と、第２表示装置と、前記第１表示装置から出射した光を、第１偏光方向を持つ第１偏光とする第１偏光板と、前記第２表示装置から出射した光を、第２偏光方向を持つ第２偏光とする第２偏光板と、前記第１偏光を透過させ、前記第２偏光を反射する反射型偏光板と、第１反射部材と、前記反射型偏光板と前記第１反射部材との間に配置された第１波長板と、第２反射部材と、前記反射型偏光板と前記第２反射部材との間に配置された第２波長板と、を備える。前記第１表示装置から出射した光の前記第１表示装置から前記第１反射部材までの第１光路長が前記第２表示装置から出射した光の前記第２表示装置から前記第２反射部材までの第２光路長より長く、かつ、前記第１凹面の曲率が前記第２凹面の曲率よりも大きい。

Description

光源ユニット及び映像表示装置
　本発明の実施形態は、光源ユニット及び映像表示装置に関する。
　特許文献１には、２つの表示器により２つの虚像を視認可能に表示する表示装置が開示されている。特許文献１に開示された表示装置においては、一方の虚像を構成する光の経路と他方の虚像を構成する光の経路が光学的に大きく異なるため、２つの虚像の見え方が不揃いになってしまい、全体として表示品質が低下するという問題がある。
特許第６８０９４４１号公報
　本発明の実施形態は、虚像の品質を向上可能な光源ユニット及び映像表示装置を提供することを目的とする。
　本発明の実施形態に係る光源ユニットは、第１画像を表示可能な第１表示装置と、第２画像を表示可能な第２表示装置と、前記第１表示装置から出射した光を、第１偏光方向を持つ第１偏光とする第１偏光板と、前記第２表示装置から出射した光を、前記第１偏光方向と異なる第２偏光方向を持つ第２偏光とする第２偏光板と、前記第１偏光を透過させ、前記第２偏光を反射する反射型偏光板と、第１反射部材と、前記反射型偏光板と前記第１反射部材との間に配置された第１波長板と、第２反射部材と、前記反射型偏光板と前記第２反射部材との間に配置された第２波長板と、を備える。前記第１反射部材は、第１凹面を有し、前記反射型偏光板を透過した前記第１偏光を前記第１凹面で前記反射型偏光板に向けて反射し、前記第１画像に応じた第１の像を投影部に投影することにより、視認者が視認可能である像を前記視認者から見て前記投影部の向こう側に表示させる。前記第２反射部材は、第２凹面を有し、前記反射型偏光板において反射した第２偏光を前記第２凹面で前記反射型偏光板に向けて反射し、前記第２画像に応じた第２の像を前記投影部に投影することにより、前記視認者が視認可能である像を前記視認者から見て前記投影部の向こう側に表示させる。前記第１表示装置から出射した光の前記第１表示装置から前記第１反射部材までの第１光路長が前記第２表示装置から出射した光の前記第２表示装置から前記第２反射部材までの第２光路長より長く、かつ、前記第１凹面の曲率が前記第２凹面の曲率よりも大きい。または、前記第１光路長が前記第２光路長より短く、かつ、前記第１凹面の曲率が前記第２凹面の曲率よりも小さい。
　本発明の実施形態に係る映像表示装置は、前記光源ユニットと、前記光源ユニットから離隔し、前記光源ユニットから出射した光を反射する反射ユニットと、を備える。前記第１の像及び前記第２の像は、前記光源ユニットと前記反射ユニットとの間に形成される。
　本発明の実施形態によれば、虚像の品質を向上可能な光源ユニット及び映像表示装置を実現できる。
図１は、第１の実施形態に係る映像表示装置を示す端面図である。 図２は、第１の実施形態に係る光源ユニットを示す端面図である。 図３は、第１の実施形態に係る映像表示装置の表示装置を示す端面図である。 図４は、運転席にいる視認者から見た景色を示す模式図である。 図５Ａは、第１の実施形態に係る光源ユニットの原理を示す模式図である。 図５Ｂは、参考例に係る光源ユニットの原理を示す模式図である。 図６Ａは、実施例１、１１、参考例およびＬＣＤにおいて、１つの発光エリアから出射する光の配光パターンを示すグラフである。 図６Ｂは、実施例１～１２および参考例における第３の像の輝度の均一性を示すグラフである。 図７は、第２の実施形態に係る光源ユニットを示す端面図である。 図８は、第２の実施形態における第１表示装置の一部を拡大して示す断面図である。 図９は、第３の実施形態に係る光源ユニットを示す端面図である。 図１０は、第４の実施形態におけるワイヤグリッド偏光板を示す斜視図である。
　＜第１の実施形態＞
　先ず、第１の実施形態について説明する。
　図１は、本実施形態に係る映像表示装置を示す端面図である。
　図２は、本実施形態に係る光源ユニットを示す端面図である。
　図１及び図２に示すように、本実施形態に係る映像表示装置１０は、例えば自動車１０００に搭載されて、ＨＵＤ（Head Up Display）を構成する。自動車１０００は、車両１３と、車両１３に固定された映像表示装置１０と、を備える。視認者１４は自動車１０００の搭乗者であり、例えば、運転者である。
　映像表示装置１０は、光源ユニット１１と、反射ユニット１２と、を備える。光源ユニット１１は、第１表示装置１１０Ａと、第２表示装置１１０Ｂと、第１偏光板１１１Ａと、第２偏光板１１１Ｂと、反射型偏光板１１７と、第１反射部材１１３Ａと、第２反射部材１１３Ｂと、第１波長板１１４Ａと、第２波長板１１４Ｂと、第３波長板１１５と、を備える。
　第１表示装置１１０Ａは、第１画像を表示可能である。第２表示装置１１０Ｂは、第２画像を表示可能である。後述するように、第１画像及び第２画像は、視認者１４が車両１３のフロントウインドシールド１３ａの向こう側に視認する虚像となる画像である。第１画像及び第２画像は、例えば、文字列及び／又は図形等である。
　第１偏光板１１１Ａは、第１表示装置１１０Ａから出射した光を、第１偏光方向を持つ第１偏光とする。第１偏光は例えばＰ偏光である。第２偏光板１１１Ｂは、第２表示装置１１０Ｂから出射した光を、第２偏光方向を持つ第２偏光とする。第２偏光は例えばＳ偏光である。第２偏光方向は第１偏光方向とは異なっており、例えば、直交している。反射型偏光板１１７は、第１偏光（例えばＰ偏光）を透過させ、第２偏光（例えばＳ偏光）を反射する。ここで、「Ｐ偏光」とは、電場の振動方向がＹＺ平面に略平行な光を意味する。また、「Ｓ偏光」とは、電場の振動方向が入射光および反射光を含むＹＺ平面に概ね垂直な光を意味する。
　第１反射部材１１３Ａは、第１凹面１１３ａＡを有する。第１反射部材１１３Ａは、反射型偏光板１１７を透過した第１偏光を第１凹面１１３ａＡで反射型偏光板１１７に向けて反射し、第１画像に応じた第１の像ＩＭ１を投影部に投影する。これにより、視認者１４が視認可能である像（第３の像ＩＭ３）を視認者１４から見て投影部の向こう側に表示させる。本実施形態においては、投影部は例えば車両１３のフロントウインドシールド１３ａである。ただし、投影部はコンバイナであってもよい。
　第２反射部材１１３Ｂは、第２凹面１１３ａＢを有する。第２反射部材１１３Ｂは、反射型偏光板１１７において反射した第２偏光を第２凹面１１３ａＢで反射型偏光板１１７に向けて反射し、第２画像に応じた第２の像ＩＭ２を投影部に投影する。これにより、視認者１４が視認可能である像（第４の像ＩＭ４）を視認者１４から見て投影部の向こう側に表示させる。
　第１波長板１１４Ａは、反射型偏光板１１７と第１反射部材１１３Ａとの間に配置されている。第２波長板１１４Ｂは、反射型偏光板１１７と第２反射部材１１３Ｂとの間に配置されている。第３波長板１１５は、第１反射部材１１３Ａによって反射され、反射型偏光板１１７によって反射された光、及び、第２反射部材１１３Ｂによって反射され、反射型偏光板１１７を透過した光が透過する。
　第１の像ＩＭ１及び第２の像ＩＭ２は、実像であって中間像である。第３の像ＩＭ３は第１の像ＩＭ１よりも大きい虚像である。第４の像ＩＭ４は第２の像ＩＭ２よりも大きい虚像である。第１画像、第１の像ＩＭ１および第３の像ＩＭ３は、概ね相似関係にある。第２画像、第２の像ＩＭ２および第４の像ＩＭ４は、概ね相似関係にある。
　第１波長板１１４Ａ、第２波長板１１４Ｂ及び第３波長板１１５は、例えば、１／４λ板である。但し、第１波長板１１４Ａ、第２波長板１１４Ｂ及び第３波長板１１５は、必ずしも１／４λ板でなくてもよい。また、第３波長板１１５は設けられていなくてもよい。
　図２に示す例において、第１表示装置１１０Ａから出射した光の第１表示装置１１０Ａから第１反射部材１１３Ａまでの第１光路長ＬＰＡは、第２表示装置１１０Ｂから出射した光の第２表示装置１１０Ｂから第２反射部材１１３Ｂまでの第２光路長ＬＰＢより長く、かつ、第１凹面１１３ａＡの曲率ＲＡが第２凹面１１３ａＢの曲率ＲＢよりも大きい、すなわち、ＬＰＡ＞ＬＰＢ、かつ、ＲＡ＞ＲＢである。
　他の例では、第１光路長ＬＰＡが第２光路長ＬＰＢより短く、かつ、第１凹面１１３ａＡの曲率ＲＡが第２凹面１１３ａＢの曲率ＲＢよりも小さい。すなわち、ＬＰＡ＜ＬＰＢ、かつ、ＲＡ＜ＲＢであるようにしてもよい。
　反射ユニット１２は、光源ユニット１１から離隔し、光源ユニット１１から出射した光を反射する。第１の像ＩＭ１及び第２の像ＩＭ２は、光源ユニット１１と反射ユニット１２との間に形成される。
　フロントウインドシールド１３ａは、その内面において、反射ユニット１２から到達した光を反射し、視認者１４のアイボックス１４ａに入射させる。これにより、視認者１４は、第３の像ＩＭ３及び第４の像ＩＭ４を視認できる。なお、「アイボックス」とは、視認者の眼の前の空間のうち、虚像が視認可能な範囲をいう。
　次に、映像表示装置１０の各部の位置関係について説明する。
　以下、説明をわかりやすくするために、ＸＹＺ直交座標系を採用する。本実施形態では、車両１３の前後方向を「Ｘ方向」とし、車両１３の左右方向を「Ｙ方向」とし、車両１３の上下方向を「Ｚ方向」とする。ＸＹ平面は、車両１３の水平面である。Ｘ方向のうち矢印の方向（前方）を「＋Ｘ方向」といい、その逆方向（後方）を「－Ｘ方向」ともいう。また、Ｙ方向のうち矢印の方向（左方）を「＋Ｙ方向」といい、その逆方向（右方）を「－Ｙ方向」ともいう。また、Ｚ方向のうち矢印の方向（上方）を「＋Ｚ方向」といい、その逆方向（下方）を「－Ｚ方向」ともいう。
　図１に示すように、本実施形態においては、光源ユニット１１は車両１３の天井部１３ｂに設けられる。光源ユニット１１は、例えば、天井部１３ｂにおいて車内に露出する壁１３ｓ１の内側に配置される。壁１３ｓ１には、光源ユニット１１から出射した光が通過可能な貫通穴１３ｈ１が設けられている。光源ユニット１１から出射した光は、貫通穴１３ｈ１を通過し、視認者１４とフロントウインドシールド１３ａとの間の空間に照射される。光源ユニット１１は、車両１３の天井面に取り付けられていてもよい。
　貫通穴１３ｈ１には、透明あるいは半透明あるいは黒色などに着色されたカバーであって、ヘイズ（Ｈａｚｅ）値の小さいカバーが設けられていてもよい。カバーを設けることで、光学ユニットに埃などが付着することを抑制できる。また、貫通穴１３ｈ１から光源ユニット１１が視認されることを抑制することができ、意匠性を向上できる。ヘイズ値は、５０％以下であることが好ましく、２０％以下であることがより一層好ましい。このようなヘイズ値のカバーとすることで、光源ユニット１１から出射した光の輝度の大幅な低下や、画像の乱れを抑制しつつ、上述した効果を得ることができる。
　図２に示すように、光源ユニット１１においては、第１表示装置１１０Ａ及び第２表示装置１１０Ｂが、画像表示面を＋Ｘ方向に向けて配置されている。第１表示装置１１０Ａ及び第２表示装置１１０ＢはＺ方向に沿って並んでおり、第１表示装置１１０Ａが第２表示装置１１０Ｂよりも＋Ｚ方向側（上側）に配置されている。但し、これには限定されず、第２表示装置１１０Ｂが第１表示装置１１０Ａよりも＋Ｚ方向側（上側）に配置されていてもよい。また、第１表示装置１１０Ａ及び第２表示装置１１０ＢはＹ方向に沿って並んでいてもよい。
　第１偏光板１１１Ａは第１表示装置１１０Ａの＋Ｘ方向側（前側）に配置されている。これにより、第１表示装置１１０Ａから出射した光（第１画像を形成する光）が第１偏光板１１１Ａに入射する。第２偏光板１１１Ｂは第２表示装置１１０Ｂの＋Ｘ方向側（前側）に配置されている。これにより、第２表示装置１１０Ｂから出射した光（第２画像を形成する光）が第２偏光板１１１Ｂに入射する。
　反射型偏光板１１７は、第１偏光板１１１Ａ及び第２偏光板１１１Ｂの＋Ｘ方向側に配置されている。反射型偏光板１１７は、Ｚ方向に対して、＋Ｚ方向に向かうほど＋Ｘ方向に変位するように傾斜している。反射型偏光板１１７は、第１面１１７ａと、第１面１１７ａの反対側の第２面１１７ｂと、を有する。第１面１１７ａは、＋Ｚ方向と－Ｘ方向の間の方向に向いており、第１偏光板１１１Ａ及び第２偏光板１１１Ｂに対向している。第２面１１７ｂは、－Ｚ方向と＋Ｘ方向の間の方向に向いている。
　第１波長板１１４Ａは、反射型偏光板１１７の＋Ｘ方向側に配置されており、反射型偏光板１１７の第２面１１７ｂに対向している。第１反射部材１１３Ａは、第１波長板１１４Ａの＋Ｘ方向側に配置されており、第１反射部材１１３Ａの第１凹面１１３ａＡは－Ｘ方向側に向いている。これにより、第１凹面１１３ａＡは第１波長板１１４Ａに対向している。この結果、第１表示装置１１０Ａ、第１偏光板１１１Ａ、反射型偏光板１１７、第１波長板１１４Ａ及び第１反射部材１１３Ａは、＋Ｘ方向に沿ってこの順に同一直線上に配列されている。
　第２波長板１１４Ｂは、反射型偏光板１１７から見て、－Ｘ方向と＋Ｚ方向の間の方向に配置されており、反射型偏光板１１７の第１面１１７ａに対向している。第２反射部材１１３Ｂは、第２波長板１１４Ｂの－Ｘ方向と＋Ｚ方向の間の方向側に配置されており、第２反射部材１１３Ｂの第２凹面１１３ａＢは＋Ｘ方向と－Ｚ方向の間の方向側に向いている。これにより、第２凹面１１３ａＢは第２波長板１１４Ｂに対向している。この結果、第２表示装置１１０Ｂ、第２偏光板１１１Ｂ及び反射型偏光板１１７は、＋Ｘ方向に沿ってこの順に同一直線上に配列されており、反射型偏光板１１７、第２波長板１１４Ｂ及び第２反射部材１１３Ｂは、－Ｘ方向と＋Ｚ方向の間の方向に沿ってこの順に同一直線上に配列されている。
　第３波長板１１５は、反射型偏光板１１７から見て、＋Ｘ方向と－Ｚ方向の間の方向に配置されており、反射型偏光板１１７の第２面１１７ｂに対向している。反射型偏光板１１７から第３波長板１１５に到達し、第３波長板１１５を透過した光は、＋Ｘ方向と－Ｚ方向の間の方向に出射する。
　このように、第１表示装置１１０Ａ及び第１偏光板１１１Ａ、第２表示装置１１０Ｂ及び第２偏光板１１１Ｂ、第２波長板１１４Ｂ及び第２反射部材１１３Ｂは、反射型偏光板１１７の第１面１１７ａ側に配置されている。但し、第１表示装置１１０Ａ及び第１偏光板１１１Ａは、第２表示装置１１０Ｂと反射型偏光板１１７との間の光路、及び、反射型偏光板１１７と第２反射部材１１３Ｂとの間の光路を妨げない位置に配置されている。第２表示装置１１０Ｂ及び第２偏光板１１１Ｂは、第１表示装置１１０Ａと反射型偏光板１１７との間の光路、及び、反射型偏光板１１７と第２反射部材１１３Ｂとの間の光路を妨げない位置に配置されている。第２波長板１１４Ｂ及び第２反射部材１１３Ｂは、第１表示装置１１０Ａと反射型偏光板１１７との間の光路、及び、第２表示装置１１０Ｂと反射型偏光板１１７との間の光路を妨げない位置に配置されている。
　また、第１波長板１１４Ａ及び第１反射部材１１３Ａ、第３波長板１１５は、反射型偏光板１１７の第２面１１７ｂ側に配置されている。但し、第１波長板１１４Ａ及び第１反射部材１１３Ａは、反射型偏光板１１７と第３波長板１１５との間の光路を妨げない位置に配置されている。第３波長板１１５は、反射型偏光板１１７と第１反射部材１１３Ａとの間の光路を妨げない位置に配置されている。
　図１に示すように、本実施形態では、反射ユニット１２は、車両１３のダッシュボード部１３ｃに設けられる。反射ユニット１２は、例えばダッシュボード部１３ｃにおいて車内に露出する壁１３ｓ２の内側に配置される。壁１３ｓ２には、光源ユニット１１から出射した光が通過可能な貫通穴１３ｈ２が設けられている。貫通穴１３ｈ２には、貫通穴１３ｈ１にと同様に、透明あるいは半透明あるいは黒色などに着色されたカバーであって、ヘイズ（Ｈａｚｅ）値の小さいカバーが設けられていてもよい。本実施形態においては、反射ユニット１２は凹面状のミラー面１３１ａを有するミラー１３１を含む。ミラー１３１は、フロントウインドシールド１３ａと対向するように配置される。ミラー１３１は、ガラスまたは樹脂材料等からなる本体部材と、本体部材の表面に設けられてミラー面１３１ａを構成する金属膜や誘電体多層膜等の反射膜と、により構成されていてもよい。また、ミラー１３１は、全体が金属材料により構成されていてもよい。一例では、ミラー面１３１ａはバイコーニック面である。ただし、ミラー面は、球面の一部であってもよいし、自由曲面であってもよい。
　次に、光源ユニット１１における第１表示装置１１０Ａ及び第２表示装置１１０Ｂの構成を詳細に説明する。
　第１表示装置１１０Ａは、複数のＬＥＤ素子を有する第１ＬＥＤディスプレイである。第２表示装置１１０Ｂは、複数のＬＥＤ素子を有する第２ＬＥＤディスプレイである。以下、第１表示装置１１０Ａ及び第２表示装置１１０Ｂを総称して「表示装置１１０」ともいう。すなわち、第１表示装置１１０Ａ及び第２表示装置１１０Ｂは、いずれも以下の「表示装置１１０」についての説明が当てはまる。但し、第１表示装置１１０Ａ及び第２表示装置１１０Ｂのうちの一方は、以下の説明とは異なる構成であってもよい。
　図３は、本実施形態に係る映像表示装置の表示装置を示す端面図である。
　表示装置１１０においては、図３に示すようなＬＥＤ素子１１２が行列状に複数配列されている。表示装置１１０の各画素には、１つ又は複数のＬＥＤ素子１１２が対応している。
　表示装置１１０において、各ＬＥＤ素子１１２は、基板１１１にフェースダウン実装されている。ただし、各ＬＥＤ素子は、基板にフェースアップ実装されてもよい。各ＬＥＤ素子１１２は、半導体積層体１１２ａと、アノード電極１１２ｂと、カソード電極１１２ｃと、を有する。
　半導体積層体１１２ａは、ｐ型半導体層１１２ｐ１と、ｐ型半導体層１１２ｐ１上に配置される活性層１１２ｐ２と、活性層１１２ｐ２上に配置されるｎ型半導体層１１２ｐ３と、を有する。半導体積層体１１２ａには、例えばＩｎＸＡｌＹＧａ１－Ｘ－ＹＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ＜１）で表せる窒化ガリウム系化合物半導体が用いられる。ＬＥＤ素子１１２が発光する光は、本実施形態では可視光である。
　アノード電極１１２ｂは、ｐ型半導体層１１２ｐ１に電気的に接続される。また、アノード電極１１２ｂは、配線１１８ｂに電気的に接続される。カソード電極１１２ｃは、ｎ型半導体層１１２ｐ３に電気的に接続される。また、カソード電極１１２ｃは、別の配線１１８ａに電気的に接続される。各電極１１２ｂ、１１２ｃには、例えば金属材料を用いることができる。
　本実施形態では各ＬＥＤ素子１１２の光出射面１１２ｓには、複数の凹部１１２ｔが設けられている。本明細書において「ＬＥＤ素子の光出射面」とは、ＬＥＤ素子の表面のうち、結像光学系１２０に入射する光が主に出射する面を意味する。本実施形態では、ｎ型半導体層１１２ｐ３において、活性層１１２ｐ２と対向する面の反対側に位置する面が、光出射面１１２ｓに相当する。
　以下、各画素１１０ｐから出射する光の光軸を、単に「光軸Ｃ」という。光軸Ｃは、例えば、複数の画素１１０ｐが配列されるＹＺ平面に平行であり、かつ、表示装置１１０の光出射側に位置する第１平面Ｐ１において、１つの画素１１０ｐからの光が照射される範囲のうち、輝度が最大となる点ａ１と、ＹＺ平面に平行であり、第１平面Ｐ１から離隔した第２平面Ｐ２において、この画素１１０ｐからの光が照射される範囲のうち、輝度が最大となる点ａ２と、を結ぶ直線である。輝度が最大となる点が複数存在する場合、例えば、それらの点の中心点を、輝度が最大となる点としてもよい。なお、生産的な観点からは、光軸ＣはＸ軸と平行であることが望ましい。
　各ＬＥＤ素子１１２の光出射面１１２ｓに複数の凹部１１２ｔが設けられていることにより、各ＬＥＤ素子１１２から出射する光、すなわち各画素１１０ｐから出射する光は、図３に破線で示すように、略ランバーシアン配光を有する。ここで「各画素から出射する光が略ランバーシアン配光を有する」とは、各画素の光軸Ｃに対して角度θの方向の光度が、ｎを０より大きい値として、光軸Ｃ上の光度のｃｏｓｎθ倍で近似できる配光パターンであることを意味する。ここで、ｎは、１１以下であることが好ましく、１であることがより一層好ましい。なお、１つの画素１１０ｐから出射する光の光軸Ｃを含む平面は多数存在するが、各平面内においてこの画素１１０ｐから出射する光の配光パターンは、略ランバーシアン配光であり、また、ｎの数値も概ね等しい。
　第１表示装置１１０Ａと第２表示装置１１０Ｂについて、上記ｎの値は相互に等しいことが好ましいが、必ずしも等しくなくてもよい。すなわち、第１表示装置１１０Ａから出射する光は、第１表示装置１１０Ａから出射する光の光軸Ｃに対して角度θの方向の光度が光軸Ｃ上の光度のｃｏｓｎ１θ倍で近似される配光パターンを有する。また、第２表示装置１１０Ｂから出射する光は、第２表示装置１１０Ｂから出射する光の光軸Ｃに対して角度θの方向の光度が光軸Ｃ上の光度のｃｏｓｎ２θ倍で近似される配光パターンを有する。そして、ｎ１及びｎ２は、それぞれ０より大きい値であり、それぞれ１１以下であることが好ましく、１であることがより好ましい。また、ｎ１とｎ２は等しいことが好ましい。
　第１反射部材１１３Ａは、第１の像ＩＭ１側において略テレセントリック性を有する。また、第２反射部材１１３Ｂは、第２の像ＩＭ２側において略テレセントリック性を有する。ここで「第１反射部材１１３Ａは、第１の像ＩＭ１側において略テレセントリック性を有する」とは、第１表示装置１１０Ａにおいて互いに異なる位置から出射して、第１反射部材１１３Ａを経由し、第１の像ＩＭ１に至る複数の主光線ＬＡ同士が、第１の像ＩＭ１の前後において、略平行であることを意味する。異なる位置とは、例えば第１表示装置１１０Ａの異なる画素１１０ｐである。「複数の主光線ＬＡ同士が略平行」とは、光源ユニット１１の構成要素の製造精度や組み立て精度等による誤差を許容するような実用的な範囲で、概ね平行であることを意味する。「複数の主光線Ｌ同士が略平行」である場合、例えば、主光線ＬＡ同士のなす角度は、１０度以下である。「第２反射部材１１３Ｂは、第２の像ＩＭ２側において略テレセントリック性を有する」についても、同様である。なお、第１反射部材１１３Ａ及び第２反射部材１１３Ｂのうちの一方は、略テレセントリック性を有さなくてもよい。
　第１反射部材１１３Ａが第１の像ＩＭ１側において略テレセントリック性を有する場合、複数の主光線ＬＡ同士は、第１反射部材１１３Ａに入射する前に交差する。なお、図２等においては、図を簡略化するために、この交差は図示していない。以下、複数の主光線ＬＡ同士が交差するポイントを「焦点Ｆ」という。そのため、第１反射部材１１３Ａが第１の像ＩＭ１側において略テレセントリック性を有するか否かは、例えば、光の逆進性を利用して以下の方法で確認できる。先ず、第１の像ＩＭ１が形成される位置付近に、レーザ光源等の平行光を出射可能な光源を配置する。この光源から出射した光を、反射型偏光板１１７に照射する。この光源から出射して反射型偏光板１１７を経由した光は、第１反射部材１１３Ａに入射する。そして、第１反射部材１１３Ａから出射した光が表示装置１１０Ａに到達する前に、集光するポイント、すなわち焦点Ｆが存在する場合は、第１反射部材１１３Ａが第１の像ＩＭ１側において略テレセントリック性を有すると判断できる。第２反射部材１１３Ｂが第２の像ＩＭ２側において略テレセントリック性を有する場合も同様である。
　次に、本実施形態に係る映像表示装置１０の動作について説明する。
　図４は、運転席にいる視認者から見た景色を示す模式図である。
　図２に示すように、第１表示装置１１０Ａが第１画像を表示する。第１表示装置１１０Ａから出射した光は、第１偏光板１１１Ａを通過することにより、第１偏光方向を持つ第１偏光（例えば、Ｐ偏光）となる。この第１偏光が反射型偏光板１１７の第１面１１７ａに到達すると、反射型偏光板１１７は第１偏光を透過させる。
　そして、反射型偏光板１１７を透過した第１偏光は、第１波長板１１４Ａを通過して円偏光となり、第１反射部材１１３Ａの第１凹面１１３ａＡによって反射されると共に集光され、第１波長板１１４Ａを再び通過して第２偏光（例えば、Ｓ偏光）となり、反射型偏光板１１７の第２面１１７ｂに戻る。この第２偏光は反射型偏光板１１７の第２面１１７ｂにおいて反射され、第３波長板１１５を通過することにより円偏光ＬＡとなり、光源ユニット１１から斜め下方、すなわち、＋Ｘ方向と－Ｚ方向の間の方向に向けて出射する。
　一方、第２表示装置１１０Ｂが第２画像を表示する。第２表示装置１１０Ｂから出射した光は、第２偏光板１１１Ｂを通過することにより、第２偏光方向を持つ第２偏光（例えば、Ｓ偏光）となる。この第２偏光が反射型偏光板１１７の第１面１１７ａに到達すると、反射型偏光板１１７の第１面１１７ａは第２偏光を反射する。
　そして、反射型偏光板１１７によって反射された第２偏光は、第２波長板１１４Ｂを通過して円偏光となり、第２反射部材１１３Ｂの第２凹面１１３ａＢによって反射されると共に集光され、第２波長板１１４Ｂを再び通過して第１偏光（例えば、Ｐ偏光）となり、反射型偏光板１１７の第１面１１７ａに戻る。この第１偏光が反射型偏光板１１７の第１面１１７ａに到達すると、反射型偏光板１１７を透過し、第３波長板１１５に到達する。第１偏光は第３波長板１１５を通過することにより円偏光ＬＢとなり、光源ユニット１１から斜め下方、すなわち、＋Ｘ方向と－Ｚ方向の間の方向に向けて出射する。
　このようにして、図１に示すように、第１画像の情報を持った光ＬＡと第２画像の情報を持った光ＬＢが光源ユニット１１から出射する。光ＬＡ及び光ＬＢは、光源ユニット１１と反射ユニット１２との間で、それぞれ、第１の像ＩＭ１及び第２の像ＩＭ２を形成する。
　光ＬＡ及び光ＬＢは、第１の像ＩＭ１及び第２の像ＩＭ２を形成した後、反射ユニット１２に到達する。光ＬＡ及び光ＬＢは、ダッシュボード部１３ｃの壁１３ｓ２に設けられた貫通穴１３ｈ２を通過し、ミラー１３１のミラー面１３１ａによって反射されると共に集光され、再び貫通穴１３ｈ２を通過し、フロントウインドシールド１３ａに向かう。そして、フロントウインドシールド１３ａの内面において－Ｘ方向（後方）に向けて反射され、視認者１４のアイボックス１４ａに入射する。
　これにより、図４に示すように、視認者１４は、光ＬＡがアイボックス１４ａに入射することにより第３の像ＩＭ３を認識すると共に、光ＬＢがアイボックス１４ａに入射することにより第４の像ＩＭ４を認識する。第３の像ＩＭ３は第１画像に基づく虚像であり、第４の像ＩＭ４は第２画像に基づく虚像である。本実施形態においては、第４の像ＩＭ４は第３の像ＩＭ３よりも上方に表示される。
　そして、視認者１４が認識する第３の像ＩＭ３までの距離ＤＡは、主として第１反射部材１１３Ａの第１凹面１１３ａＡの曲率ＲＡによって制御できる。同様に、視認者１４が認識する第４の像ＩＭ４までの距離ＤＢは、主として第２反射部材１１３Ｂの第２凹面１１３ａＢの曲率ＲＢによって制御できる。曲率ＲＡ又はＲＢが大きいほど、第３の像ＩＭ３又は第４の像ＩＭ４は近く見える。したがって、曲率ＲＡと曲率ＲＢとを異ならせることにより、視認者１４が認識する第３の像ＩＭ３までの距離ＤＡと第４の像ＩＭ４までの距離ＤＢとを異ならせることができる。この結果、視認者１４に虚像を立体的に認識させることができる。
　本実施形態においては、例えば、曲率ＲＡを曲率ＲＢよりも大きくすることにより、距離ＤＡを距離ＤＢよりも短くし、視認者１４に第３の像ＩＭ３を第４の像ＩＭ４よりも近くに認識させる。例えば、第３の像ＩＭ３を視認者１４の前方５ｍの位置に認識させ、第４の像ＩＭ４を視認者１４の前方１０ｍの位置に認識させる。一例では、図４に示すように、第３の像ＩＭ３には自動車１０００の走行状態を表す情報、例えば、速度を表示してもよく、第４の像ＩＭ４にはナビゲーション情報、例えば、コーナーの方向を表示してもよい。
　曲率ＲＡ及び曲率ＲＢの値は、映像表示装置１０の設計条件に依存するが、概ね、５ｍｍ～１０００ｍｍ程度である。また、曲率ＲＡ及び曲率ＲＢと、第１表示装置１１０Ａから第１反射部材１１３Ａまでの第１光路長ＬＰＡ及び第２表示装置１１０Ｂから第２反射部材１１３Ｂまでの第２光路長ＬＰＢには正の相関関係があり、曲率を大きくするほど、光路長を長くする必要がある。すなわち、ＲＡ＞ＲＢ、かつ、ＬＰＡ＞ＬＰＢとするか、または、ＲＡ＜ＲＢ、かつ、ＬＰＡ＜ＬＰＢとする。なお、ＲＡ＝ＲＢ、かつ、ＬＰＡ＝ＬＰＢでもよいが、この場合はＤＡ＝ＤＢとなり、立体感が得られない。
　一例では、距離ＤＡ及び距離ＤＢを３ｍ～１０ｍとし、アイボックス１４ａのサイズを横方向（Ｘ方向）に１５０ｍｍ、縦方向（Ｚ方向）に６０ｍｍとし、ＦＯＶ（field of view：視野角）を水平方向（Ｘ方向）で１．４６度、垂直方向（Ｚ方向）で０．３６５度とし、表示装置１１０のサイズを２．２ｍｍ×８．８ｍｍとした場合、曲率ＲＡ及び曲率ＲＢは１００ｍｍ～２００ｍｍ、第１光路長ＬＰＡ及び第２光路長ＬＰＢは８０ｍｍ～９０ｍｍとなる。
　次に、本実施形態の効果について説明する。
　本実施形態においては、光源ユニット１１が２つの表示装置（第１表示装置１１０Ａ及び第２表示装置１１０Ｂ）を備え、第１反射部材１１３Ａの第１凹面１１３ａＡの曲率ＲＡと第２反射部材１１３Ｂの第２凹面１１３ａＢの曲率ＲＢを独立に設定することにより、第３の像ＩＭ３までの距離ＤＡと第４の像ＩＭ４までの距離ＤＢとを独立に設定することができる。これにより、立体的な虚像の形成が可能となる。
　また、本実施形態においては、第１表示装置１１０Ａから出射した光は、第１偏光板１１１Ａ、反射型偏光板１１７、第１波長板１１４Ａ、第１反射部材１１３Ａ、第１波長板１１４Ａ、反射型偏光板１１７、第３波長板１１５を経由して、光源ユニット１１から出射する。一方、第２表示装置１１０Ｂから出射した光は、第２偏光板１１１Ｂ、反射型偏光板１１７、第２波長板１１４Ｂ、第２反射部材１１３Ｂ、第２波長板１１４Ｂ、反射型偏光板１１７、第３波長板１１５を経由して、光源ユニット１１から出射する。このように、第１表示装置１１０Ａから出射して第３の像ＩＭ３を形成する光と、第２表示装置１１０Ｂから出射して第４の像ＩＭ４を形成する光は、同数かつ同種類の光学素子を経由する。このため、第３の像ＩＭ３と第４の像ＩＭ４の品質を揃えることができ、視認者１４から見て、第３の像ＩＭ３と第４の像ＩＭ４の不整合感が少ない。この結果、全体として品質が良好な虚像を表示できる。
　また、本実施形態に係る光源ユニット１１は第３波長板１１５を有するため、光源ユニット１１から出射する光ＬＡ及び光ＬＢを円偏光にできる。これにより、光ＬＡ及び光ＬＢがフロントウインドシールド１３ａにおいては反射される際の反射率差が低減され、第３の像ＩＭ３と第４の像ＩＭ４の明るさが均一になる。これによっても、虚像の品質が向上する。
　また、本実施形態においては、第１反射部材１１３Ａ及び／又は第２反射部材１１３Ｂが第１の像ＩＭ１側及び／又は第２の像ＩＭ２側において略テレセントリック性を有することにより、小型で高品位な映像を表示できる。以下、この効果について詳細に説明する。
　図５Ａは、本実施形態に係る光源ユニットの原理を示す模式図である。
　図５Ｂは、参考例に係る光源ユニットの原理を示す模式図である。
　図５Ａでは、本実施形態における表示装置１１０の複数の画素１１０ｐのうちの２つの画素１１０ｐから出射する光の配光パターンを破線で示している。同様に、図５Ｂでは、参考例における表示装置２１１０の複数の画素２１１０ｐのうちの２つの画素２１１０ｐから出射する光の配光パターンを破線で示している。また、図５Ａ及び図５Ｂでは、結像光学系１２０、２１２０を簡略化して示している。
　図５Ｂに示すように、参考例に係る光源ユニット２０１１において、表示装置２１１０は、複数の画素２１１０ｐを含む液晶表示装置（Liquid Crystal Display：ＬＣＤ）である。図５Ｂに破線で示すように、各画素２１１０ｐから出射する光は、光出射面２１１０ｓの法線方向に主に配光される。また、１つの画素２１１０ｐから出射する光の光軸を含む平面は多数存在するが、ＬＣＤである表示装置２１１０では、各平面内において１つの画素２１１０ｐから出射する光の配光パターンは、相互に異なる。そして、複数の平面のうちの一の平面内において、各画素２１１０ｐから出射する光は、光軸に対して角度θの方向の光度が、光軸上の光度のｃｏｓ20θ倍で近似される配光パターンを有する。
　このような表示装置２１１０においては、表示装置２１１０の同じ位置から出射した光でも、視認者の見る角度によって光度や色度が変化する。したがって、仮に第１反射部材１１３Ａ及び／又は第２反射部材１１３Ｂ（以下、総称して「反射部材」という）が、各画素２１１０ｐから法線方向以外の方向に出射する光を取り込んだ場合、全ての画素２１１０ｐから出射する光の輝度を均一にしたとしても、第１の像ＩＭ１及び／又は第２の像（以下、総称して「第１の像等」という）において輝度や色度のばらつきが生じる。すなわち、第１の像等の品位が低下する。したがって、第１の像等の品位が低下しないようにするためには、表示装置２１１０の各画素２１１０ｐから出射した光を法線方向から取り込む必要がある。その結果、反射部材が大型化する。
　これに対して、本実施形態に係る光源ユニット１１では、反射部材は、第１の像等の側において略テレセントリック性を有し、表示装置１１０から出射する光が略ランバーシアン配光を有する。そのため、光源ユニット１１を小型化しつつ、第１の像等の品位を向上できる。具体的には、表示装置１１０は複数のＬＥＤ素子１１２を有するＬＥＤディスプレイであり、各ＬＥＤ素子１１２から出射する光が、略ランバーシアン配光を有する。このため、表示装置１１０の各画素１１０ｐから出射した光の光度や色度の角度に対する依存性は、参考例における表示装置２１１０の各画素２１１０ｐから出射する光の光度や色度の角度に対する依存性と比較して低い。特に、厳密なランバーシアン配光に近づくほど、すなわち、配光パターンの近似式であるcosｎθのｎが１に近づくほど、表示装置１１０の各画素１１０ｐから出射した光の光度や色度は、角度によらず概ね均一になる。そのため、図５Ａに示すように、反射部材が法線方向以外の方向から光を取り込んだとしても、第１の像等の輝度や色度のばらつきを抑制し、第１の像等の品位を向上できる。
　また、本実施形態において、第１の像等は光源ユニット１１と反射ユニット１２との間に形成される。このような場合、表示装置１１０のある一つの点から出射した光は、第１の像等の形成位置において集光する。一方、光源ユニット１１と反射ユニット１２との間に第１の像等が形成されない場合、表示装置１１０のある一つの点から出射した光の光径は、光源ユニット１１から反射ユニット１２に向けて、徐々に広がる。したがって、本実施形態では、第３波長板１１５において、表示装置１１０のある一つの点から出射した光が照射される範囲を、第１の像等が形成されない場合と比較して、小さくできる。そのため、第３波長板１１５を小型化できる。
　また、本実施形態に係る光源ユニット１１は小型であるため、光源ユニット１１を車両１３に搭載し、ヘッドアップディスプレイとして用いる場合は、光源ユニット１１を車両１３内の限られたスペースに容易に配置できる。
　＜実施例＞
　次に、実施例および参考例に係る光源ユニットについて説明する。
　図６Ａは、実施例１、１１、参考例およびＬＣＤにおいて、１つの発光エリアから出射する光の配光パターンを示すグラフである。
　図６Ｂは、実施例１～１２および参考例における第３の像の輝度の均一性を示すグラフである。
　実施例１～１２および参考例に係る映像表示装置は、光源ユニットと、反射ユニットと、を備え、光源ユニットは、行列状に配列された複数の発光エリアと、第１偏光板１１１Ａ、反射型偏光板１１７、第１反射部材１１３Ａ、第１波長板１１４Ａ及び第３波長板１１５を含む結像光学系とを備えるように、シミュレーションソフト上で設定した。各発光エリアが、上記実施形態における表示装置１１０の各画素１１０ｐに相当する。
　図６Ａでは、横軸は発光エリアの光軸に対する角度であり、縦軸は、その角度における光度を光軸上の光度で除算することにより正規化した光度であり、最大値を１としたときの相対値を示す。実施例１に係る表示装置は、図６Ａに示すように、各発光エリアから出射する光が、光軸に対して角度θの方向の光度が光軸上の光度のｃｏｓθ倍で表される配光パターンを有するように、シミュレーションソフト上で設定した。すなわち、実施例１では、各発光エリアから出射する光は、厳密なランバーシアン配光を有する。
　実施例２～１２では、各発光エリアから出射する光が、光軸に対して角度θの方向の光度が光軸上の光度のｃｏｓｎθ倍で表される配光パターンを有するように、シミュレーションソフト上で設定した。なお、実施例２では、ｎ＝２であり、実施例２から実施例１２まで順に、ｎが１ずつ大きくなるように設定した。
　また、ＬＣＤの画素から出射する光の一の平面内の配光パターンを調査したところ、図６Ａに細い破線で示すような配光パターンであることがわかった。そして、前述したように、この配光パターンは、光軸に対して角度θの方向の光度が光軸上の光度のｃｏｓ20θ倍で表される配光パターンに近似できることがわかった。そこで、参考例では、各発光エリアの光軸に対して角度θの方向の光度が、光軸上の光度のｃｏｓ20θ倍で表される配光パターンを有するように、シミュレーションソフト上で設定した。
　実施例１～１２および参考例における結像光学系、すなわち、第１偏光板１１１Ａ、反射型偏光板１１７、第１反射部材１１３Ａ、第１波長板１１４Ａ及び第３波長板１１５を含む光学的機能は、いずれも第１の像側においてテレセントリック性を有するように設定した。
　次に、実施例１～１２および参考例のそれぞれについて、全ての発光エリアの輝度を一定にした場合に形成される第３の像の輝度分布をシミュレーションした。この際、第３の像は、長辺が１１１．２ｍｍ、短辺が２７．８ｍｍの長方形とした。また、この際、第３の像が形成される平面を１ｍｍの辺を有する正方形のエリアに区画し、各エリアの輝度値をシミュレーションした。
　また、その際の第３の像の輝度の均一性を評価した。ここで、「輝度の均一性」とは、第３の像内の輝度の最大値に対する最小値の割合を百分率で表した値である。その結果を、図６Ｂに示す。なお、図６Ｂでは、横軸は、各実施例および参考例であり、縦軸は輝度の均一性である。
　図６Ｂに示すように、ｎが大きくなるほど、輝度の均一性が低下することがわかった。これは、ｎが大きくなるほど、第３の像において中心から離れる位置の輝度が低下するためである。特に、実施例１１、すなわちｎ＝１１で、輝度の均一性が３０％であることがわかった。視認者が、第３の像と第３の像が形成されていない領域とを判別し易くするため、第３の像の輝度の均一性は、３０％以上あればよいと考えられる。
　したがって、結像光学系が略テレセントリック性を有するように構成した場合に、第１の像および第３の像の輝度ムラを抑制するためには、表示装置から出射する光が略ランバーシアン配光を有することが好ましいことがわかった。具体的には、配光パターンの近似式であるcosｎθのｎは、１１以下であることが好ましく、１であることがより一層好ましいことがわかった。なお上記のようにｎが１から外れるに従って第３の像ＩＭ３の輝度の均一性が低下するが、このような輝度の不均一性を補完できるように、予め表示装置１１０の表示輝度に所定の輝度分布を設けておくことができる。例えば、表示装置１１０の各画素１１０ｐから出射する光が結像光学系を経由することで、第２の像ＩＭ２の外縁部の輝度が中心部の輝度より低下し易い場合は、表示装置１１０の外縁側の画素１１０ｐのＬＥＤ素子１１２の出力を中心側の画素１１０ｐのＬＥＤ素子１１２の出力よりも大きくなるように、表示装置１１０を制御してもよい。
　＜第２の実施形態＞
　次に、第２の実施形態について説明する。
　図７は、本実施形態に係る光源ユニットを示す端面図である。
　図８は、本実施形態における第１表示装置の一部を拡大して示す断面図である。
　図７に示すように、本実施形態に係る光源ユニット２１は、第１の実施形態に係る光源ユニット１１と比較して、第１表示装置１１０Ａと第１偏光板１１１Ａの替わりに第１表示装置７１０Ａが設けられており、第２表示装置１１０Ｂと第２偏光板１１１Ｂの替わりに第２表示装置７１０Ｂが設けられている点が異なっている。
　図８に示すように、本実施形態における第１表示装置７１０Ａにおいては、ＬＥＤ素子７１２の光出射面が概ね平坦であり、保護層７１４、波長変換部材７１５、光散乱部材７１６、及び、第１偏光板７４０をさらに有する点で、第１の実施形態における第１表示装置１１０Ａと相違する。第１偏光板７４０はＬＥＤ素子７１２上に配置され、ＬＥＤ素子１１２から出射した光が入射する。表示装置７１０Ａの他の構成は第１の実施形態における第１表示装置１１０Ａと同様である。
　同様に、第２表示装置７１０Ｂにおいては、ＬＥＤ素子７１２の光出射面が概ね平坦であり、保護層７１４、波長変換部材７１５、光散乱部材７１６、及び、第２偏光板をさらに有する。第２表示装置７１０Ｂの他の構成は第１の実施形態における第２表示装置１１０Ｂと同様である。以下の説明では、第１表示装置７１０Ａについて説明するが、第２表示装置７１０Ｂについても同様である。
　第１表示装置７１０Ａにおいて、保護層７１４は、行列状に配列された複数のＬＥＤ素子７１２を覆っている。保護層７１４には、例えば、硫黄（Ｓ）含有置換基もしくはリン（Ｐ）原子含有基を有する高分子材料、または、ポリイミド等の高分子マトリックスに高屈折率の無機ナノ粒子を導入した高屈折率ナノコンポジット材料等の透光性材料を用いることができる。
　波長変換部材７１５は、保護層７１４上に配置される。波長変換部材７１５は、一般的な蛍光体材料、ペロブスカイト蛍光体材料、または量子ドット（Quantum Dot：ＱＤ）等の波長変換材料を１種以上含む。各ＬＥＤ素子７１２から出射した光は、波長変換部材７１５に入射する。波長変換部材７１５に含まれる波長変換材料は、各ＬＥＤ素子７１２から出射した光が入射することにより、各ＬＥＤ素子７１２の発光ピーク波長と異なる発光ピーク波長の光を発する。波長変換部材７１５が発する光は、略ランバーシアン配光を有する。
　光散乱部材７１６は、例えば、透光性を有する樹脂部材と、樹脂部材中に配置される光散乱パーティクルまたは空孔と、を含む。樹脂部材としては、例えば、ポリカーボネート等が挙げられる。光散乱パーティクルとしては、例えば、酸化チタン等のように樹脂部材と屈折率差を有する材料等が挙げられる。なお、光散乱部材７１６は、その表面を粗面加工して凹凸を設けることで、光の散乱効果を得てもよい。
　第１偏光板７４０としては、例えば、偏光特性が異なる薄膜層を積層した多層薄膜積層偏光板等を用いることができる。第１偏光板７４０は光散乱部材７１６上に配置される。そのため、ＬＥＤ素子７１２および波長変換部材７１５から出射した光が第１偏光板７４０に入射する。第１偏光板７４０は、波長変換部材７１５から出射する光のうちの第１偏光７１０ｐを透過し、第２偏光７１０ｓを波長変換部材７１５に向けて反射する。第２偏光７１０ｓの電場の振動方向は、第１偏光７１０ｐの電場の振動方向と概ね直交する。本実施形態では、第１偏光７１０ｐはＰ偏光であり、第２偏光７１０ｓはＳ偏光である。
　具体的には図８に示すように、ＬＥＤ素子７１２から出射した光は、波長変換部材７１５に照射される。これにより、波長変換部材７１５が励起されて、ＬＥＤ素子７１２から出射する光の発光ピーク波長よりも長い発光ピーク波長の光を発する。波長変換部材７１５から出射する光は、本実施形態では、ＬＥＤ素子７１２から出射され、波長変換部材７１５で波長変換されなかった光およびＬＥＤ素子７１２から出射され、波長変換部材７１５で波長変換された光を含む。以下、波長変換部材７１５から出射する光のうち、ＬＥＤ素子７１２から出射され、波長変換部材７１５で波長変換されなかった光を、「短波長光」ともいい、ＬＥＤ素子７１２から出射され、波長変換部材７１５で波長変換された光を「長波長光」ともいう。ただし、ＬＥＤ素子７１２から出射した光の大部分が、波長変換部材７１５に吸収されてもよい。
　これらの短波長光および長波長光に含まれる第１偏光７１０ｐの大部分は、第１偏光板７４０を透過して第１表示装置７１０Ａから出射する。また、これらの短波長光および長波長光に含まれる第２偏光７１０ｓの大部分は、第１偏光板７４０によって反射される。第１偏光板７４０によって反射された第２偏光７１０ｓの一部は、光散乱部材７１６や波長変換部材７１５等の第１表示装置７１０Ａの構成要素において散乱反射する。散乱反射により、第２偏光７１０ｓの一部は第１偏光７１０ｐに変換される。第２偏光７１０ｓから変換した第１偏光７１０ｐの一部は、第１偏光板７４０を透過して第１表示装置７１０Ａから出射する。そのため、第１表示装置７１０Ａから出射する光に含まれる第１偏光７１０ｐの割合を高めつつ、第１の像ＩＭ１の輝度を向上できる。第１の像ＩＭ１の輝度が向上することで、第３の像ＩＭ３の輝度も向上する。これにより、視認者１４は第３の像ＩＭ３を視認し易くなる。
　また、第２偏光７１０ｓに含まれる短波長光の一部は、第１偏光板７４０によって反射された後、波長変換部材７１５に入射してもよい。この場合、波長変換部材７１５が第２偏光７１０ｓの短波長光を吸収して、新たに長波長光を放射する効果が期待できる。これらの散乱反射光および放射光は、いずれも略ランバーシアン配光を有する。また、第１偏光板７４０自体が第２偏光７１０ｓを散乱反射してもよい。このような場合も、散乱反射により、第２偏光７１０ｓの一部は第１偏光７１０ｐに変換される。
　同様に、第２表示装置７１０Ｂにおいては、第２表示装置７１０Ｂから出射する光に含まれる第２偏光７１０ｓの割合を高めつつ、第２の像ＩＭ２の輝度を向上できる。第２の像ＩＭ２の輝度が向上することで、第４の像ＩＭ４の輝度も向上する。これにより、視認者１４は第４の像ＩＭ４を視認し易くなる。
　本実施形態では、１つの第１偏光板７４０が第１表示装置７１０Ａの全ての画素を覆う。ただし、第１表示装置７１０Ａは複数の第１偏光板７４０を備え、各第１偏光板７４０は各画素上に配置されてもよい。また第１表示装置の構成は、上記に限定されない。例えば、波長変換部材の有する光の散乱反射効果を用いることで、第１表示装置を、光散乱部材を設けない構成としてもよい。また、光散乱部材の有する散乱反射効果を用いることで、第１表示装置を、波長変換部材を設けない構成としてもよい。また、第１の実施形態のように、ＬＥＤ素子の光出射面に設けた複数の凹部または複数の凸部による光の散乱反射効果を用いることで、第１表示装置を波長変換部材および光散乱部材のどちらも設けない構成としてもよい。第２表示装置についても同様である。
　次に、本実施形態の効果を説明する。
　本実施形態においては、第１偏光板７４０を第１表示装置７１０Ａに組み込み、第２偏光板を第２表示装置７１０Ｂに組み込むことにより、光源ユニット２１をより小型化できる。
　また、第１偏光板７４０から出射した光も、略ランバーシアン配光を有する。そのため、本実施形態においても、小型かつ品位が高い第１の像等を形成可能な光源ユニット２１を提供できる。なお、複数のＬＥＤ素子７１２が基板１１１上に離散的に実装されているため、第１の像等に粒状感が生じる場合がある。波長変換部材７１５はこの粒状感を緩和する効果を有する。そして光散乱部材７１６はこの粒状感を緩和する効果を更に補強できる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、第１の実施形態と同様である。
　＜第３の実施形態＞
　次に、第３の実施形態について説明する。
　図９は、本実施形態に係る光源ユニットを示す端面図である。
　図９に示すように、本実施形態に係る光源ユニット３１は、第１の実施形態に係る光源ユニット１１の構成に加えて、第１遮光部材１１６Ａ及び第２遮光部材１１６Ｂが設けられている点が異なっている。
　第１遮光部材１１６Ａは、第１表示装置１１０Ａから第１反射部材１１３Ａに向かう光路上に配置されている。第１遮光部材１１６Ａには、第１表示装置１１０Ａから第１反射部材１１３Ａに向かう光の一部が通過する開口１１６ａＡが設けられている。第１遮光部材１１６Ａは、第１表示装置１１０Ａから第１反射部材１１３Ａに向かう光の他の一部を遮断する。例えば、第１遮光部材１１６Ａは第１偏光板１１１Ａと反射型偏光板１１７の間に配置されている。
　第２遮光部材１１６Ｂは、第２表示装置１１０Ｂから第２反射部材１１３Ｂに向かう光路上に配置されている。第２遮光部材１１６Ｂには、第２表示装置１１０Ｂから第２反射部材１１３Ｂに向かう光の一部が通過する開口１１６ａＢが設けられている。第２遮光部材１１６Ｂは、第２表示装置１１０Ｂから第２反射部材１１３Ｂに向かう光の他の一部を遮断する。例えば、第２遮光部材１１６Ｂは第２偏光板１１１Ｂと反射型偏光板１１７の間に配置されている。
　本実施形態によれば、第１遮光部材１１６Ａ及び第２遮光部材１１６Ｂが設けられていることにより、迷光の発生を抑制し、虚像の品質をより一層向上させることができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、第１の実施形態と同様である。
　＜第４の実施形態＞
　次に、第４の実施形態について説明する。
　図１０は、本実施形態におけるワイヤグリッド偏光板を示す斜視図である。
　本実施形態においては、第１偏光板及び第２偏光板として、それぞれ、ワイヤグリッド偏光板１２１が設けられている。
　図１０に示すように、ワイヤグリッド偏光板１２１においては、透明な樹脂フィルム１２１ａ上に、複数の金属ワイヤ１２１ｂが相互に平行に等間隔で配列されている。これにより、ワイヤグリッド偏光板１２１は、ＬＥＤ素子から出射した光のうち、第１偏光を透過させ、第２偏光をＬＥＤ素子に戻るように反射する。または、ＬＥＤ素子から出射した光のうち、第２偏光を透過させ、第１偏光をＬＥＤ素子に戻るように反射する。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、第１の実施形態と同様である。
　前述の各実施形態は、本発明を具現化した例であり、本発明はこれらの実施形態には限定されない。例えば、前述の各実施形態において、いくつかの構成要素又は工程を追加、削除又は変更したものも本発明に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
　実施形態は、以下の態様を含む。
　（付記１）
　第１画像を表示可能な第１表示装置と、
　第２画像を表示可能な第２表示装置と、
　前記第１表示装置から出射した光を、第１偏光方向を持つ第１偏光とする第１偏光板と、
　前記第２表示装置から出射した光を、前記第１偏光方向と異なる第２偏光方向を持つ第２偏光とする第２偏光板と、
　前記第１偏光を透過させ、前記第２偏光を反射する反射型偏光板と、
　第１凹面を有し、前記反射型偏光板を透過した前記第１偏光を前記第１凹面で前記反射型偏光板に向けて反射し、前記第１画像に応じた第１の像を投影部に投影することにより、視認者が視認可能である像を前記視認者から見て前記投影部の向こう側に表示させるための第１反射部材と、
　前記反射型偏光板と前記第１反射部材との間に配置された第１波長板と、
　第２凹面を有し、前記反射型偏光板において反射した第２偏光を前記第２凹面で前記反射型偏光板に向けて反射し、前記第２画像に応じた第２の像を前記投影部に投影することにより、前記視認者が視認可能である像を前記視認者から見て前記投影部の向こう側に表示させるための第２反射部材と、
　前記反射型偏光板と前記第２反射部材との間に配置された第２波長板と、
　を備え、
　前記第１表示装置から出射した光の前記第１表示装置から前記第１反射部材までの第１光路長が前記第２表示装置から出射した光の前記第２表示装置から前記第２反射部材までの第２光路長より長く、かつ、前記第１凹面の曲率が前記第２凹面の曲率よりも大きい、または、前記第１光路長が前記第２光路長より短く、かつ、前記第１凹面の曲率が前記第２凹面の曲率よりも小さい光源ユニット。
　（付記２）
　前記第１反射部材によって反射され、前記反射型偏光板によって反射された光、及び、前記第２反射部材によって反射され、前記反射型偏光板を透過した光が透過する第３波長板をさらに備えた付記１に記載の光源ユニット。
　（付記３）
　前記第１波長板と前記第２波長板と前記第３波長板は、１／４λ板である付記２に記載の光源ユニット。
　（付記４）
　前記第１反射部材及び／又は前記第２反射部材は、前記第１の像側及び／又は前記第２の像側において略テレセントリック性を有し、
　前記第１表示装置から出射する光及び／又は前記第２表示装置から出射する光は、略ランバーシアン配光を有する付記１～３のいずれか１つに記載の光源ユニット。
　（付記５）
　前記第１表示装置から出射する光は、前記第１表示装置から出射する光の光軸に対して角度θの方向の光度が前記光軸上の光度のｃｏｓｎ１θ倍で近似される配光パターンを有し、
　前記第２表示装置から出射する光は、前記第２表示装置から出射する光の光軸に対して角度θの方向の光度が前記光軸上の光度のｃｏｓｎ２θ倍で近似される配光パターンを有し、
　前記ｎ１及び前記ｎ２は、それぞれ０より大きい値である付記４に記載の光源ユニット。
　（付記６）
　前記ｎ１及び前記ｎ２は、それぞれ１１以下である付記５に記載の光源ユニット。
　（付記７）
　前記第１表示装置は、複数のＬＥＤ素子を有する第１ＬＥＤディスプレイであり、
　前記第２表示装置は、複数のＬＥＤ素子を有する第２ＬＥＤディスプレイである付記１～６のいずれか１つに記載の光源ユニット。
　（付記８）
　前記ＬＥＤ素子から出射する光は、略ランバーシアン配光を有する付記７に記載の光源ユニット。
　（付記９）
　前記第１表示装置は、前記ＬＥＤ素子上に配置され、前記ＬＥＤ素子から出射した光が入射する第１波長変換部材をさらに有し、
　前記第２表示装置は、前記ＬＥＤ素子上に配置され、前記ＬＥＤ素子から出射した光が入射する第２波長変換部材をさらに有する付記７または８に記載の光源ユニット。
　（付記１０）
　前記第１表示装置から前記第１反射部材に向かう光路上に配置され、前記第１表示装置から前記第１反射部材に向かう光の一部が通過する開口が設けられ、前記第１表示装置から前記第１反射部材に向かう光の他の一部を遮断する第１遮光部材と、
　前記第２表示装置から前記第２反射部材に向かう光路上に配置され、前記第２表示装置から前記第２反射部材に向かう光の一部が通過する開口が設けられ、前記第２表示装置から前記第２反射部材に向かう光の他の一部を遮断する第２遮光部材と、
　をさらに備えた付記１～９のいずれか１つに記載の光源ユニット。
　（付記１１）
　付記１～１０のいずれか１つに記載の光源ユニットと、
　前記光源ユニットから離隔し、前記光源ユニットから出射した光を反射する反射ユニットと、
　を備え、
　前記第１の像及び前記第２の像は、前記光源ユニットと前記反射ユニットとの間に形成される映像表示装置。
　（付記１２）
　車両と、
　前記車両に固定された付記１１に記載の映像表示装置と、
　を備えた自動車。
　本発明は、例えば、ヘッドアップディスプレイに利用することができる。
１０：映像表示装置
１１：光源ユニット
１２：反射ユニット
１３：車両
１３ａ：フロントウインドシールド
１３ｂ：天井部
１３ｃ：ダッシュボード部
１３ｈ１、１３ｈ２：貫通穴
１３ｓ１、１３ｓ２：壁
１４：視認者
１４ａ：アイボックス
２１：光源ユニット
３１：光源ユニット
１１０：表示装置
１１０Ａ：第１表示装置
１１０Ｂ：第２表示装置
１１０ｐ：画素
１１１：基板
１１１Ａ：第１偏光板
１１１Ｂ：第２偏光板
１１２：ＬＥＤ素子
１１２ａ：半導体積層体
１１２ｂ：アノード電極
１１２ｃ：カソード電極
１１２ｐ１：ｐ型半導体層
１１２ｐ２：活性層
１１２ｐ３：ｎ型半導体層
１１２ｓ：光出射面
１１２ｔ：凹部
１１３Ａ：第１反射部材
１１３ａＡ：第１凹面
１１３Ｂ：第２反射部材
１１３ａＢ：第２凹面
１１４Ａ：第１波長板
１１４Ｂ：第２波長板
１１５：第３波長板
１１６Ａ：第１遮光部材
１１６ａＡ：開口
１１６Ｂ：第２遮光部材
１１６ａＢ：開口
１１７：反射型偏光板
１１７ａ：第１面
１１７ｂ：第２面
１１８ａ、１１８ｂ：配線
１２０、２１２０：結像光学系
１２１：ワイヤグリッド偏光板
１２１ａ：樹脂フィルム
１２１ｂ：金属ワイヤ
１３１：ミラー
１３１ａ：ミラー面
７１０Ａ：第１表示装置
７１０Ｂ：第２表示装置
７１２：ＬＥＤ素子
７１４：保護層
７１５：波長変換部材
７１６：光散乱部材
７４０：第１偏光板
１０００：自動車
２０１１：光源ユニット
２１１０：表示装置
２１１０ｐ：画素
２１１０ｓ：光出射面
Ｃ：光軸
ＤＡ、ＤＢ：距離
ＩＭ１：第１の像
ＩＭ２：第２の像
ＩＭ３：第３の像
ＩＭ４：第４の像
ＬＡ：光
ＬＢ：光
ＬＰＡ：第１光路長
ＬＰＢ：第２光路長
ＲＡ：曲率
ＲＢ：曲率
ａ１：点
ａ２：点
θ：角度

Claims (12)

  1. 　第１画像を表示可能な第１表示装置と、
    　第２画像を表示可能な第２表示装置と、
    　前記第１表示装置から出射した光を、第１偏光方向を持つ第１偏光とする第１偏光板と、
    　前記第２表示装置から出射した光を、前記第１偏光方向と異なる第２偏光方向を持つ第２偏光とする第２偏光板と、
    　前記第１偏光を透過させ、前記第２偏光を反射する反射型偏光板と、
    　第１凹面を有し、前記反射型偏光板を透過した前記第１偏光を前記第１凹面で前記反射型偏光板に向けて反射し、前記第１画像に応じた第１の像を投影部に投影することにより、視認者が視認可能である像を前記視認者から見て前記投影部の向こう側に表示させるための第１反射部材と、
    　前記反射型偏光板と前記第１反射部材との間に配置された第１波長板と、
    　第２凹面を有し、前記反射型偏光板において反射した第２偏光を前記第２凹面で前記反射型偏光板に向けて反射し、前記第２画像に応じた第２の像を前記投影部に投影することにより、前記視認者が視認可能である像を前記視認者から見て前記投影部の向こう側に表示させるための第２反射部材と、
    　前記反射型偏光板と前記第２反射部材との間に配置された第２波長板と、
    　を備え、
    　前記第１表示装置から出射した光の前記第１表示装置から前記第１反射部材までの第１光路長が前記第２表示装置から出射した光の前記第２表示装置から前記第２反射部材までの第２光路長より長く、かつ、前記第１凹面の曲率が前記第２凹面の曲率よりも大きい、または、前記第１光路長が前記第２光路長より短く、かつ、前記第１凹面の曲率が前記第２凹面の曲率よりも小さい光源ユニット。
  2. 　前記第１反射部材によって反射され、前記反射型偏光板によって反射された光、及び、前記第２反射部材によって反射され、前記反射型偏光板を透過した光が透過する第３波長板をさらに備えた請求項１に記載の光源ユニット。
  3. 　前記第１波長板と前記第２波長板と前記第３波長板は、１／４λ板である請求項２に記載の光源ユニット。
  4. 　前記第１反射部材及び／又は前記第２反射部材は、前記第１の像側及び／又は前記第２の像側において略テレセントリック性を有し、
    　前記第１表示装置から出射する光及び／又は前記第２表示装置から出射する光は、略ランバーシアン配光を有する請求項１～３のいずれか１つに記載の光源ユニット。
  5. 　前記第１表示装置から出射する光は、前記第１表示装置から出射する光の光軸に対して角度θの方向の光度が前記光軸上の光度のｃｏｓｎ１θ倍で近似される配光パターンを有し、
    　前記第２表示装置から出射する光は、前記第２表示装置から出射する光の光軸に対して角度θの方向の光度が前記光軸上の光度のｃｏｓｎ２θ倍で近似される配光パターンを有し、
    　前記ｎ１及び前記ｎ２は、それぞれ０より大きい値である請求項４に記載の光源ユニット。
  6. 　前記ｎ１及び前記ｎ２は、それぞれ１１以下である請求項５に記載の光源ユニット。
  7. 　前記第１表示装置は、複数のＬＥＤ素子を有する第１ＬＥＤディスプレイであり、
    　前記第２表示装置は、複数のＬＥＤ素子を有する第２ＬＥＤディスプレイである請求項１～６のいずれか１つに記載の光源ユニット。
  8. 　前記ＬＥＤ素子から出射する光は、略ランバーシアン配光を有する請求項７に記載の光源ユニット。
  9. 　前記第１表示装置は、前記ＬＥＤ素子上に配置され、前記ＬＥＤ素子から出射した光が入射する第１波長変換部材をさらに有し、
    　前記第２表示装置は、前記ＬＥＤ素子上に配置され、前記ＬＥＤ素子から出射した光が入射する第２波長変換部材をさらに有する請求項７または８に記載の光源ユニット。
  10. 　前記第１表示装置から前記第１反射部材に向かう光路上に配置され、前記第１表示装置から前記第１反射部材に向かう光の一部が通過する開口が設けられ、前記第１表示装置から前記第１反射部材に向かう光の他の一部を遮断する第１遮光部材と、
    　前記第２表示装置から前記第２反射部材に向かう光路上に配置され、前記第２表示装置から前記第２反射部材に向かう光の一部が通過する開口が設けられ、前記第２表示装置から前記第２反射部材に向かう光の他の一部を遮断する第２遮光部材と、
    　をさらに備えた請求項１～９のいずれか１つに記載の光源ユニット。
  11. 　請求項１～１０のいずれか１つに記載の光源ユニットと、
    　前記光源ユニットから離隔し、前記光源ユニットから出射した光を反射する反射ユニットと、
    　を備え、
    　前記第１の像及び前記第２の像は、前記光源ユニットと前記反射ユニットとの間に形成される映像表示装置。
  12. 　車両と、
    　前記車両に固定された請求項１１に記載の映像表示装置と、
    　を備えた自動車。
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