(57)【要約】【課題】メガネ型ディスプレイを提供する。【解決手段】互いに異なる波長帯域の光を選択的に反射させることで、ピクセル２１ａ、２２ａ、２３ａ化された複数の光結晶パターン部２１〜２３を備えるレンズ部１５と、レンズ部１５に結合されたメガネのつる部３２と、レンズ部１５に映像を提供する映像供給部３０と、を備えるメガネ型ディスプレイ１０。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる波長帯域の光を選択的に反射させることで、ピクセル化された複数の光結晶パターン部を備えるレンズ部と、
前記レンズ部に結合されたメガネのつる部と、
前記レンズ部に映像を提供する映像供給部と、を備えるメガネ型ディスプレイ。
【請求項２】
前記複数の光結晶パターン部のピクセルは、互いに異なる屈折率を持つ層が交互に積層された構造を持つ請求項１に記載のメガネ型ディスプレイ。
【請求項３】
前記複数の光結晶パターン部のピクセルは、第１電極、前記第１電極と対向するように配された第２電極、前記第１電極と第２電極との間に備えられた媒質、及び前記媒質内に格子構造を持って分散され、電荷を持つナノ粒子を含む請求項１に記載のメガネ型ディスプレイ。
【請求項４】
前記複数の光結晶パターン部は、対応する前記ピクセルの前記第１電極及び前記第２電極に連結される配線を備える請求項３に記載のメガネ型ディスプレイ。
【請求項５】
前記第１電極及び前記第２電極は透明電極である請求項３または４に記載のメガネ型ディスプレイ。
【請求項６】
前記複数の光結晶パターン部にはそれぞれ独立的に電圧または電流が印加される請求項３〜５のいずれか一つに記載のメガネ型ディスプレイ。
【請求項７】
前記複数の光結晶パターン部にそれぞれ印加された電圧または電流によって反射する光のスペクトルを制御する請求項６に記載のメガネ型ディスプレイ。
【請求項８】
前記複数の光結晶パターン部は、それぞれ反射光の波長が可変される請求項３〜７のいずれか一つに記載のメガネ型ディスプレイ。
【請求項９】
前記複数の光結晶パターン部は、第１波長帯域の光を反射させる第１ピクセルを備える第１光結晶パターン部、第２波長帯域の光を反射させる第２ピクセルを備える第２光結晶パターン部、及び第３波長帯域の光を反射させる第３ピクセルを備える第３光結晶パターン部を備える請求項１または２に記載のメガネ型ディスプレイ。
【請求項１０】
前記複数の光結晶パターン部は、リフトオフ方式、メタルマスク方式、またはフォトリソグラフィ方式のうちいずれか一つによって形成される請求項１、２、９のいずれか一つに記載のメガネ型ディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メガネ型ディスプレイに関し、詳しくは単純な構造及びコンパクトなサイズのメガネ型ディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、外部の事物及び映像を同時に獲得するためのメガネ型ディスプレイ、例えば、ＨＭＤ（Ｈｅａｄ  Ｍｏｕｎｔｅｄ  Ｄｉｓｐｌａｙ）が注目されている。ＨＭＤは、軍用や自動車、飛行機などの特殊産業で視点の移動なしに２つの情報を共に確認する必要がある場合に有用に使われうる。メガネ型ディスプレイには、例えば、光学的シースルー（ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｅｅ−ｔｈｒｏｕｇｈ）タイプと導波管タイプとがあるが、体積が大きく値段も高くて幅広く使われ得ない。メガネ型ディスプレイは、映像装置から伝送された映像をメガネ側に反射させる反射部材を備えるが、反射部材などの部品によって体積及び重量が増大し、これによりユーザが不便さを感じる。よって、できれば部品数を低減させて小型化する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２１７３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、単純な構造及びコンパクトなサイズのメガネ型ディスプレイを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によるメガネ型ディスプレイは、互いに異なる波長帯域の光を選択的に反射させることで、ピクセル化された複数の光結晶パターン部を備えるレンズ部と、前記レンズ部に結合されたメガネのつる部と、前記レンズ部に映像を提供する映像供給部と、を備える。
【０００６】
前記複数の光結晶パターン部のピクセルは、互いに異なる屈折率を持つ層が交互に積層された構造を持つ。
【０００７】
前記複数の光結晶パターン部のピクセルは、第１電極、前記第１電極と対向するように配された第２電極、前記第１電極と第２電極との間に備えられた媒質、及び前記媒質内に格子構造を持って分散され、電荷を持つナノ粒子を含む。
【０００８】
前記複数の光結晶パターン部は、対応する前記ピクセルの前記第１電極及び前記第２電極に連結される配線を備える。
【０００９】
前記第１電極及び前記第２電極は透明電極である。
【００１０】
前記複数の光結晶パターン部にはそれぞれ独立的に電圧または電流が印加される。
【００１１】
前記複数の光結晶パターン部にそれぞれ印加された電圧または電流によって反射する光のスペクトルを制御する。
【００１２】
前記複数の光結晶パターン部は、それぞれ反射光の波長が可変される。
【００１３】
前記複数の光結晶パターン部は、第１波長帯域の光を反射させる第１ピクセルを備える第１光結晶パターン部、第２波長帯域の光を反射させる第２ピクセルを備える第２光結晶パターン部、及び第３波長帯域の光を反射させる第３ピクセルを備える第３光結晶パターン部を備える。
【００１４】
前記複数の光結晶パターン部は、リフトオフ方式、メタルマスク方式、またはフォトリソグラフィ方式のうちいずれか一つによって形成される。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように構成された本発明によれば、単純な構造及びコンパクトなサイズのメガネ型ディスプレイを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態によるメガネ型ディスプレイを概略的に示す図面である。
【図２】本発明の一実施形態によるメガネ型ディスプレイに使われる光結晶パターンの一例を示す図面である。
【図３】本発明の他の実施形態によるメガネ型ディスプレイを示す図面である。
【図４】本発明の他の実施形態によるメガネ型ディスプレイに使われる光結晶パターンの例を示す図面である。
【図５】図４に示した光結晶パターンの光スペクトル変化を示すグラフである。
【図６】図４に示した光結晶パターンの波長による光透過量の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態によるメガネ型ディスプレイについて、添付した図面を参照して詳細に説明する。図面において、同じ参照番号は同じ構成要素を称し、各構成要素のサイズや厚さは説明の便宜のために誇張している。一方、以下で説明する実施形態は例示的なものに過ぎず、これらの実施形態から多様な変形が可能である。例えば、一層が基板や他の層の“上”、“上部”に備えられると説明される時、その層は基板や他の層に直接接して上に存在してもよく、その間にさらに他の層が存在してもよい。
【００１８】
図１は本発明の一実施形態によるメガネ型ディスプレイを概略的に示す図面である。
【００１９】
図１によれば、本発明の一実施形態によるメガネ型ディスプレイ１０は、複数の光結晶パターン（ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｐａｔｔｅｒｎ）部を備えるレンズ部１５と、レンズ部１５に結合されたメガネのつる３２とを備える。
【００２０】
前記メガネのつる３２には、映像を提供する映像供給部３０が備えられる。映像供給部３０は、例えば、プロジェクターである。
【００２１】
光結晶パターン部をなす光結晶は、誘電定数の互いに異なる物質を周期的に配して電磁波のエネルギースペクトルに光子バンドギャップ（ＰＢＧ；Ｐｈｏｔｏｎ  Ｂａｎｄ  Ｇａｐ）が形成されるように作った人工結晶をいう。光結晶に光が入射される場合、ほとんどの波長に対して光は散乱なしに結晶を通過する。しかし、特定の波長（または周波数）帯域で光が通過できない反射領域が生じるが、これを光子バンドギャップという。光子バンドギャップ内に属する波長（または周波数）を持つ光が光結晶内に入射されれば、光は光結晶内に伝播されずに反射する。このように光結晶は、選択的な光の透過及び反射特性をいずれも持つ。光結晶は、誘電物質を周期的に配して形成されるものであり、屈折率及び周期的な構造によって光子バンドギャップのサイズや位置が可変される。
【００２２】
前記複数の光結晶パターン部は、例えば、第１光結晶パターン部２１、第２光結晶パターン部２２、及び第３光結晶パターン部２３を備える。前記複数の光結晶パターン部は所定波長の光を反射させ、残りの波長の光を透過させる波長選択性を持ち、メガネレンズ１５にピクセル化している。すなわち、それぞれの光結晶パターン部は複数のピクセルを備え、複数のピクセルが多様な方式でパターン化する。例えば、それぞれの光結晶パターン部は、ピクセルが一列配列されるパターンを持つか、または格子パターンを持つ。
【００２３】
複数の光結晶パターン部は、互いに異なる波長の光を反射させるように構成される。例えば、第１光結晶パターン部２１は、第１波長の光、例えば、赤色波長の光を反射させ、他の波長の光を透過させる第１ピクセル２１ａを備え、第２光結晶パターン部２２は、第２波長の光、例えば、緑波長の光を反射させ、他の波長の光を透過させる第２ピクセル２２ａを備え、第３光結晶パターン部２３は第３波長の光、例えば、青色波長の光を反射させ、他の波長の光を透過させる第３ピクセル２３ａを備える。
【００２４】
複数の光結晶パターン部は、例えば、交互に繰り返し配列される。例えば、第１光結晶パターン部２１が一列に縦配列され、その次の行に第２光結晶パターン部２２が一列に縦配列され、その次の行に第３光結晶パターン部２３が一列に縦配列される。次いで、第１光結晶パターン部２１、第２光結晶パターン部２２、第３光結晶パターン部２３が同じ方式で周期的に配列される。
【００２５】
または、所望の色温度や色相によって光結晶パターン部の面積の割合を異ならせて調節することもできる。例えば、１行の第１光結晶パターン部、２行の第２光結晶パターン部、１行の第３光結晶パターン部を周期的に配してもよい。
【００２６】
複数の光結晶パターン部は、例えば、リフトオフ方式、メタルマスク方式、フォトリソグラフィ方式のうちいずれか一つで形成される。
【００２７】
図２は、光結晶パターン部の一例を示したものである。例えば、光結晶パターン部の第１ピクセル２１ａ、第２ピクセル２２ａ、第３ピクセル２３ａは、互いに異なる屈折率を持つ複数の層が交互に積層された構造を持つ。第１ピクセル２１ａ、第２ピクセル２２ａ、第３ピクセル２３ａは、それぞれ第１屈折率ｎ１を持つ第１層と、第２屈折率ｎ２を持つ第２層とが交互に積層された構造を持ち、例えば各層の厚さがピクセルごとに異なって形成される。または、各ピクセルごとに互いに異なる材質で形成されてもよい。各ピクセルは、屈折率や層の厚さを調節して反射する光の波長を調節する。図２では、第１ピクセル２１ａ、第２ピクセル２２ａ、第３ピクセル２３ａがそれぞれ第１屈折率ｎ１を持つ層と第２屈折率ｎ２を持つ層とを互いに積層した構造を持つが、各層の厚さを異ならせた例を図示している。第１ピクセル２１ａは、第１波長の光Ｌ１を反射させて他の波長の光は透過させ、第２ピクセル２２ａは、第２波長の光Ｌ２を反射させて他の波長の光は透過させ、第３ピクセル２３ａは、第３波長の光Ｌ３を反射させて他の波長の光は透過させる。図２に示した光結晶パターン部のピクセルは一例に過ぎず、これらに限定されるものではない。
【００２８】
図１に示したメガネ型ディスプレイ１０の動作を説明すれば、次の通りである。
【００２９】
前記メガネ型ディスプレイ１０の映像供給部３０から映像が出力されてレンズ部１５に入射されれば、映像をなす光のうち第１波長光が第１光結晶パターン部２１によって反射してユーザの目に入り込み、第２波長光が第２光結晶パターン部２２によって反射してユーザの目に入り込み、第３波長光が第３光結晶パターン部２３によって反射してユーザの目に入り込む。よって、ユーザは映像供給部３０からの映像を見られるようになる。これと同時に、たとえば太陽光１００や外部照明などの外部光がメガネ型ディスプレイ１０に照射されれば、第１光結晶パターン部２１によって第１波長光は反射する一方、第２波長光及び第３波長光は透過してユーザの目に入り込み、第２光結晶パターン部２２によって第２波長光は反射する一方、第１波長光及び第３波長光は透過してユーザの目に入り込む。また、第３光結晶パターン部２３によって第３波長光は反射する一方、第１波長光及び第２波長光は透過してユーザの目に入り込む。よって、メガネ型ディスプレイ１０を介して外部の事物を見ることができる。
【００３０】
このように、本実施形態のメガネ型ディスプレイ１０を介して映像供給部３０からの映像と外部の事物とを同時に見られる。ここで、映像供給部３０から供給される映像の反射率及び外部光の透過率は、第１ないし第３光結晶パターン部２１、２２、２３の面積の割合や各光結晶パターン部をなすピクセルの材質によって適宜に調節される。
【００３１】
図３は、本発明の他の実施形態によるメガネ型ディスプレイ１００を概略的に示したものである。図３では、メガネ型ディスプレイ１００の一側レンズ部１１５のみを示したものである。なお、本実施形態のメガネ型ディスプレイ１００の外観構成は図１に示したものと同様である図示省略したが、メガネ型ディスプレイ１００においても、２つのレンズ部と、レンズ部に結合されたメガネのつると、メガネのつる３２に設けられた映像供給部３０が備える。
【００３２】
図３を参照すれば、メガネ型ディスプレイ１００は、互いに異なる波長の光を反射させる複数の光結晶パターン部を備える。複数の光結晶パターン部は、それぞれ複数のピクセルがパターン化している。複数の光結晶パターン部は、例えば、第１波長の光を反射させて他の波長の光を透過させる第１光結晶パターン部１２１、第２波長の光を反射させて他の波長の光を透過させる第２光結晶パターン部１２２、第３波長の光を反射させて他の波長の光を透過させる第３光結晶パターン部１２３を備える。そして、第１光結晶パターン部１２１は第１ピクセル１２１ａを備え、第２光結晶パターン部１２２は第２ピクセル１２２ａを備え、第３光結晶パターン部１２３は第３ピクセル１２３ａを備える。本実施形態のメガネ型ディスプレイ１００は、各光結晶パターン部で反射する光の波長を可変させるように、各光結晶パターン部はピクセルを連結する配線を備える。そして、各光結晶パターン部に電圧または電流を印加する電源が備えられる。
【００３３】
例えば、第１光結晶パターン部１２１は、第１ピクセル１２１ａの間に第１配線１３１が連結され、第２光結晶パターン部１２２は、第２ピクセル１２２ａの間に第２配線１３２が連結され、第３光結晶パターン部１２３は、第３ピクセル１２３ａの間に第３配線１３３が連結される。第１配線１３１、第２配線１３２及び第３配線１３３は、それぞれ第１電極１４１に連結される配線及び第２電極１４５に連結される配線を備える。一方、前記第１光結晶パターン部１２１に電圧または電流を供給するための第１電源１３５と、第２光結晶パターン部１２２に電圧または電流を供給するための第２電源１３６と、第３光結晶パターン部１２３に電圧または電流を供給するための制３電源１３７とが備えられる。
【００３４】
図４は、反射する光の波長を可変させる光結晶パターン部の一例を示したものである。図４では、光結晶パターン部を構成する一つの第１ピクセル１２１ａを図示しているが、他のピクセル１２２ａ、１２３ａにも同様に適用される。
【００３５】
第１ピクセル１２１ａは、第１電極１４１と、第１電極１４１と対向する第２電極１４５とを備える。前記第１電極１４１と第２電極１４５との間に光結晶層１４４が備えられる。光結晶層１４４は媒質１４２と、前記媒質に分散されたナノ粒子１４３とを備える。前記ナノ粒子１４３は電荷を帯び、媒質１４２内に格子構造を持って分散される。前記第１電極１４１及び第２電極１４５は透明電極である。
【００３６】
前記光結晶層１４４では、前記ナノ粒子１４３が界面動電現象（ｅｌｅｃｔｒｏｋｉｎｅｔｉｃ  ｐｈｅｎｏｍｅｎａ）によって規則的に分散されて光結晶構造を持つ。そして、光結晶層１４４は、電気的または機械的な刺激によって光結晶の形態、体積、ナノ粒子間の間隔及び屈折率のうち少なくともいずれか一つが変化して光子バンドギャップを変化させる。光子バンドギャップの変化によって反射する光の波長帯域幅が調節される。よって、光結晶層１４４は入射光Ｌから反射する光のカラーを変調する。例えば、入射光Ｌが光結晶層１４４に入射される時、第１波長帯域の光Ｌ１が反射し、残りの波長帯域の光Ｌ２、Ｌ３が透過される。
【００３７】
光結晶層１４４で、前記ナノ粒子１４３が電荷を帯びているため、第１電極１４１と第２電極１４５との間に電圧Ｖを印加すれば、電圧によってナノ粒子１４３が移動する。そして、ナノ粒子間の間隔が変化し、ナノ粒子間の間隔によって光子バンドギャップが変化する。光結晶層１４４の光子バンドギャップは、反射する波長帯域を定め、このような光子バンドギャップは、ナノ粒子１４３のサイズ及びナノ粒子１４３間の間隔のうち少なくとも一つに依存する。よって、反射しようとする波長帯域によってナノ粒子１４３のサイズは適宜に選択される。例えば、ナノ粒子１４３は、数十ｎｍ〜数百ｎｍのサイズを持つ。一例として、可視光線帯域のカラーを反射させるために、ナノ粒子１４３は数百ｎｍ、例えば、約３００ｎｍのサイズを持つ。
【００３８】
次いで、前記光結晶層１４４の動作原理について説明する。
【００３９】
ナノ粒子１４３は（＋）電荷または（−）電荷を帯び、静電気的反発力によって媒質１４２内で互いに離隔するように分散される。第１及び第２電極１４１、１４５に電圧Ｖが印加されれば、媒質１４２内に電界Ｅが形成される。ここで、電気的二重層を持つナノ粒子１４３は、媒質１４２内で第１電極または第２電極のうち一方向に移動して静電気的反発力と平衡をなしつつ、規則的に分散されて一定の格子間隔Ｄに配列された格子構造を形成する。
【００４０】
このような光結晶層１４４の格子構造は、周期的な屈折率分布によって特定波長の光を反射または通過させる光子バンドギャップを持つ。ブラッグの法則（Ｂｒａｇｇ’ｓ  ｌａｗ）によれば、下記の式（１）で与えられる所定波長λの光は、光結晶層１４４を通過せずに反射する。
【００４１】
【数１】
2013222211.tif 000003
【００４２】
ここで、λは、回折または反射する光の波長、ｎは、光結晶層１４４の有効屈折率、Ｄは、光結晶層１４４の格子間隔を示し、θは、光の入射角を示す。ｍは、整数を示す。
【００４３】
第１及び第２電極１４１、１４５に印加される電圧Ｖのサイズが変動すれば、静電気的反発力との平衡状態が変わり、ナノ粒子１４３の間隔Ｄが変わる。よって、第１及び第２電極１４１、１４５に印加される電圧Ｖを調節することで反射する光Ｌ１の波長λを調節する。例えば、印加電圧Ｖが大きくなるにつれて光結晶層１４４で反射する光Ｌ１（または透過する光）の波長帯域が段々短い側に移動する。図５は、波長による透過量の変化を示すものであり、Ｌ１〜Ｌ３の各波長スペクトルを制御できるということを示す。
【００４４】
一方、ナノ粒子１４３や媒質１４２の材質によって反射する光の光量（または透過する光の光量）を調節する。図６は、波長による透過量を図示したものであり、波長によって透過量を異なって制御できるということを示す。例えば、光を照射してナノ粒子１４３の位置を制御し、位置が調節された後でナノ粒子１４３のサイズを制御して透過量を調節する。
【００４５】
可変光結晶のさらに他の例として、ナノ粒子１４３は、物理的圧縮／延伸によって格子間隔の調節されるポリマーマトリックスに光結晶がカプセル化するか、または温度、湿度、化学的刺激、生物学的刺激によって膨潤／収縮（ｓｗｅｌｌ／ｄｅｓｗｅｌｌ）するポリマーマトリックスに光結晶がカプセル化する。
【００４６】
本実施形態は、光結晶パターン部ごとに独立して反射光の波長や反射光量（または透過光量）を制御する。よって、外部環境によって有利な反射光の波長に可変する。また、ユーザの好みによって反射光の波長や光量を調節する。例えば、色弱であるユーザが認識の弱い波長の光量を増大させることで、さらに便利にメガネ型ディスプレイを使える。
【００４７】
前述したように本発明の実施形態によるメガネ型ディスプレイは、レンズ部に光結晶パターン部を備え、別途の反射部材なしに映像供給部からの映像を見ると同時に外部事物も見るようにできる。本発明の実施形態によるメガネ型ディスプレイは、光結晶をパターニングして単純な構造及びコンパクトなサイズを持つ。よって、メガネ型ディスプレイをさらに小型化及び単純化できてユーザの便利性を高める。本発明の実施形態によるメガネ型ディスプレイは、多様な産業分野に適用でき、例えば、ＨＭＤ（Ｈｅａｄ  Ｍｏｕｎｔｅｄ  Ｄｉｓｐｌａｙ）に適用できる。
【００４８】
前記メガネ型ディスプレイは、理解を助けるために図面に示した実施形態を参照として説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これにより多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲によって定められねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明のメガネ型ディスプレイは、ＨＭＤなどの技術分野に好適に用いられる。
【符号の説明】
【００５０】
１０  メガネ型ディスプレイ、
１５  レンズ部、
２１  第１光結晶パターン部、
２１ａ  第１ピクセル、
２２  第２光結晶パターン部、
２２ａ  第２ピクセル、
２３  第３光結晶パターン部、
２３ａ  第３ピクセル、
３０  映像供給部、
３２  メガネのつる。
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図１】
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