(57)【要約】【課題】小型の表示素子を有する表示装置において、表示領域の全域にわたって色の変化の少ない高画質な画像を提示できるようにする。【解決手段】表示装置１ａは、複数の補助画素１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂから形成される単位画素１１２が複数配列された表示領域１１１を有する表示素子１１と、表示領域１１１に表示された画像２１を観察者に提示するプリズム１３とを有し、表示素子１１は、複数の補助画素１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂのそれぞれに対応する複数の着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂが設けられたカラーフィルタ１２を有し、複数の着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂが並列に配列されることにより１つの単位画素１１２が形成され、複数の着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂの長手方向は、表示領域１１１の観察者が観察する画角の大きい方向と同じである。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の補助画素から形成される単位画素が複数配列された表示領域を有する表示素子と、
前記表示領域に表示された画像を観察者に提示する光学系と、
を有し、
前記表示素子は、前記複数の補助画素のそれぞれに対応する複数の着色層が設けられたカラーフィルタを有し、
前記複数の着色層は所定の方向に長い形状を有しており、前記複数の着色層が並列に配列されることにより１つの単位画素が形成され、
前記複数の着色層の長手方向は、前記表示領域の前記観察者が観察する画角の大きい方向と同じであることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記表示領域の前記観察者が観察する画角が大きい方向は水平方向であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記観察者が両眼のそれぞれで観察する２つの前記表示素子を有し、
２つの前記表示素子が、前記観察者が観察する画角の大きい方向に並べて設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置に関する。特には、カラーフィルタを有する表示素子が適用された表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、動画や静止画などの画像を観察者（使用者）に提示する表示装置として、画像を表示する表示素子と、表示素子が表示する画像を観察者の眼に導く光学系を有する構成の表示装置が開示されている。このような表示装置は、使用者が頭部に装着した状態や、使用者が手で保持した状態で使用されるため、小型軽量であることが好ましい。また、高品位の画像を提示するためには、表示素子が高い解像度を有していなければならない。
【０００３】
ところで、カラー表示が可能な透過型の液晶表示素子においては、互いに色が異なる複数の補助画素（サブピクセル）により１つの単位画素が形成されている。具体的には、液晶表示素子のカラーフィルタには、互いに色が異なる複数の着色層が配列されており、バックライトから出射されて各色の着色層を透過させる光の強度を変えることにより、１つの単位画素の色や階調を表現している。このような構成では、表示領域を斜め方向から見ると、ある色の着色層を透過して使用者に観察される光に、前記ある色の着色層に隣接する他の色の着色層に向けて出射された光が混ざって見えることがある。このため、表示素子の表示領域を見る角度（使用者の視線と表示領域の表面の推薦（法線）とがなす角度）が変わると、色が変化して見えることがある。高品位の画像を提示するためには、見る角度によって色が変化しないようにすることが好ましい。
【０００４】
補助画素どうしの間隔が大きい表示素子を適用すると、隣接する着色層に向けて出射された光が混ざらないようにできるが、表示装置の小型軽量化を図ることが困難になる。さらに、高い解像度を有する表示素子の適用が困難となる。そこで、提示する画像の全域にわたって色が変化しないようにするためには、光学系が表示素子の側においてテレセントリックとなっていることが好ましい。しかしながら、表示装置の小型軽量化のためには、光学系の焦点距離を短くしなければならないため、表示素子の側においてテレセントリックな光学系を設けることは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−３３３５５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、表示領域の全域にわたって色の変化の少ない高画質な画像を提示する小型の表示装置を提供することが困難であった。上述の実情に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、表示領域の全域にわたって色の変化の少ない高画質な画像を提示する小型の表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は、複数の補助画素から形成される単位画素が複数配列された表示領域を有する表示素子と、前記表示領域に表示された画像を観察者に提示する光学系と、を有し、前記表示素子は、前記複数の補助画素のそれぞれに対応する複数の着色層が設けられたカラーフィルタを有し、前記複数の着色層は所定の方向に長い形状を有しており、前記複数の着色層が並列に配列されることにより１つの単位画素が形成され、前記複数の着色層の長手方向は、前記表示領域の前記観察者が観察する画角の大きい方向と同じであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、表示領域の全域にわたって色の変化の少ない高画質な画像を提示する小型の表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】表示装置の要部の構成例を模式的に示す図である。
【図２】表示素子の構成例を模式的に示す図である。
【図３】表示素子の構成例を模式的に示す断面図である。
【図４】表示装置と観察者の関係を模式的に示す図である。
【図５】観察角度と混色との関係を示すグラフである。
【図６】観察角度と混色との関係を示すグラフである。
【図７】表示装置の観察者との関係を模式的に示す図である。
【図８】表示装置の観察者との関係を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の各実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。説明の便宜上、本発明の各実施形態では、観察者の左右の両眼３Ｒ，３Ｌが並ぶ方向（水平方向）をＸ軸方向とし、上下方向をＹ軸方向とし、後述する表示素子１１および拡大虚像２２に対して直角な方向をＺ軸方向とする。ただし、これらの各軸は方向を示すものであり、各軸の原点は特に限定されない。また、以下の説明では、「画角方向」とは、「観察者が知覚する画角の方向」を意味するものとする。さらに、「画角方向に対応した表示素子１１の方向」とは「観察者が知覚する拡大虚像２２の方向に対応した、表示素子１１に表示される画像２１の方向」を意味するものとする。
【００１１】
＜第１の実施形態＞
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置１ａの要部の構成例を模式的に示す概略図である。図１においては、紙面に直交する方向がＸ軸方向であり、紙面上の上下方向がＹ軸方向であり、紙面上の左右方向がＺ軸方向である。また、表示素子１１が表示する画像２１として示す矢印の向きが、拡大虚像２２の画角方向に対応した表示素子１１の方向を示す。
【００１２】
図１に示すように、表示装置１ａは、表示素子１１とプリズム１３とを有する。なお、表示素子１１は自発光型であってもよく非自発光型がであってもよいが、表示素子１１が非自発光型である場合には、表示装置１ａはさらに表示素子１１とは別の光源（例えば、バックライト）を有する。
【００１３】
表示素子１１は画像を表示する。プリズム１３は、表示装置１ａが有する光学系の例であり、光学的パワーを有する面を有する。表示素子１１が自発光型であれば、表示素子１１が表示する画像２１（表示素子１１が発する光）がプリズム１３に入射し、プリズム１３の光学的パワーを有する面で反射することにより、表示素子１１が表示する画像２１が拡大されて観察者に提示される。表示素子１１が非自発光型である場合には、表示素子１１とは別の光源が発する光が表示素子１１を透過してプリズム１３に入射し、プリズム１３の光学的パワーを有する面で反射することにより、表示素子１１が表示する画像２１が拡大されて観察者に提示される（観察者の眼３に到達する）。そして観察者は、光学系の例であるプリズム１３により拡大された虚像である拡大虚像２２を観察することになる。
【００１４】
なお、図１においては、表示装置１ａが有する光学系の例であるプリズム１３が偏心光学系である例を示すが、このような構成に限定されない。本発明の実施形態に係る表示装置１ａに適用される光学系は、表示素子１１が表示する画像２１を拡大して観察者に提示する構成であればよい。
【００１５】
図２（ａ）は、表示素子１１の構成例を模式的に示すＺ軸方向視の平面図である。図２（ｂ）は、表示素子１１のカラーフィルタ１２の構成例を模式的に示すＺ方向視の平面図であり、１つの単位画素１１２に対応する範囲を抜き出して示す図である。図３は、表示素子１１の構成例を模式的に示す図であり、図２（ｂ）のａ−ａ’線断面図である。
【００１６】
表示素子１１は、画像２１を表示する表示領域１１１を有している。表示領域１１１には、単位画素１１２が、Ｘ軸方向とＹ軸方向とに二次元的に複数配列されている。例えば、Ｘ軸方向の単位画素数が１９２０で、Ｙ軸方向の単位画素数が１０８０である構成が適用できる。複数配列される単位画素１１２のそれぞれは、複数の補助画素１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂ（サブピクセル）により形成されている。ここでは、各々の単位画素１１２が、赤色の補助画素１１３Ｒと緑色の補助画素１１３Ｇと青色の補助画素１１３Ｂとの、互いに色が異なる３つの補助画素１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂにより形成されている構成を例に示す。
【００１７】
表示素子１１は、カラーフィルタ１２を有する。表示素子１１は、自発光型であれば、例えば有機ＥＬディスプレイが適用でき、非自発光型であれば、例えば透過型の液晶表示パネルが適用できる。なお、図３は、表示素子１１が有機ＥＬディスプレイである例を示す。
【００１８】
有機ＥＬディスプレイは、カラーフィルタ１２と、このカラーフィルタ１２の背面側（観察者が観察する側とは反対側）に設けられている光源１４とを有する。カラーフィルタ１２には、各々の補助画素１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂに対応する各色の着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂが、所定の態様で複数配列されている。前記のように、１つの単位画素１１２が赤色の補助画素１１３Ｒと緑色の補助画素１１３Ｇと青色の補助画素１１３Ｂからなる構成であれば、カラーフィルタ１２には、赤色の着色層１２１Ｒと緑色の着色層１２１Ｒと青色の着色層１２１Ｂとが設けられている。そして、これらの各色の着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂが、各色の補助画素１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂに対応する。カラーフィルタ１２の背面側には、各色の着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂに対応する複数の光源が二次元的に配列されている（図３参照）。表示素子１１が有機ＥＬディスプレイであれば、光源１４には有機ＥＬ層が適用される。複数の光源１４（有機ＥＬ層）は互いに独立して発光可能であり、各々の光源１４が発する光が、各々の光源１４に対応する着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂを透過することにより、各々の単位画素１１２の色と階調が表現される。
【００１９】
透過型の液晶表示パネルは、画素電極やスイッチング素子が二次元的に複数配列されるＴＦＴアレイ基板とカラーフィルタ１２とを有し、これらの間に液晶が充填されているという構成を有する。カラーフィルタ１２には、赤色の着色層１２１Ｒと緑色の着色層１２１Ｇと青色の着色層１２１Ｂとが設けられており、これらが各色の補助画素１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂに対応する。そして、液晶表示パネルの背面側（観察者が観察する側とは反対側）にはバックライトなどの光源１４が設けられ、光源１４が発する光が液晶層と各色の着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂを透過することにより、各々の単位画素１１２の色と階調が表現される。
【００２０】
なお、各々の光源１４と各々の着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂとは、中間層１５によって、表示素子１１の厚さ方向（Ｚ軸方向）に離れている。表示素子１１が有機ＥＬディスプレイであれば、中間層１５は、電極や外部からの水侵入を遮断する保護膜、および、カラーフィルタ１２の成形に用いられる樹脂等を含む。この場合には、中間層１５の厚さは、例えば、数μｍ程度である。また、表示素子１１が透過型の液晶表示パネルであれば、中間層１５は、電極や配向膜などで構成される。この場合には、中間層１５の厚さは、例えば１μｍ未満である。
【００２１】
ここで、カラーフィルタ１２の構成例について説明する。図２（ｂ）と図３に示すように、カラーフィルタ１２には、赤色（Ｒ）の着色層１２１Ｒと、緑色（Ｇ）の着色層１２１Ｇと、青色（Ｂ）の着色層１２１Ｂとの、３色の着色層が並列に並ぶように設けられている。さらに、各色の着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂどうしの間には、ブラックマトリックス１２２が設けられている。各々の色の着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂが各々の補助画素１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂに対応するとともに、これら並列に並ぶように設けられる３色の着色層によって、１つの単位画素１１２が形成される。
【００２２】
各色の着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂは、所定の方向に長い直線状の形状（矩形）を有している。そして、１つの単位画素１１２を形成する３色の着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂは、互いに平行で、かつ、並列に配列されている。本発明の実施形態では、前記所定の方向は、観察者が表示領域１１１を観察した場合の画角が大きくなる方向である。すなわち、各色の着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂの長手方向は、観察者が表示領域１１１を観察した場合の画角が大きくなる方向と同じである。前記のとおり、Ｘ軸方向の画素数が１９２０でありＹ軸方向の画素数が１０８０であれば、表示素子１１の表示領域１１１は、Ｘ軸方向の方がＹ軸方向よりも長い形状となる。このため、観察者が表示領域１１１を観察した場合の画角は、Ｘ軸方向の方がＹ軸方向よりも大きくなる。したがって、第１の実施形態では、各色の着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂの長手方向は、表示領域１１１の長手方向と同じである。そして、１つの単位画素１１２を形成する３色の着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂは、横ストライプ（水平方向ストライプ）となるように並列に設けられている。
【００２３】
このような構成であると、観察者が表示領域１１１を観察した場合の画角が小さくなる方向（表示領域１１１の短尺方向）については、互いに色が異なる着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂが隣接するように並ぶ。一方、前記所定の方向、すなわち、観察者が表示領域１１１を観察した場合の画角が大きくなる方向（表示領域１１１の長手方向）については、同じ色の着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂどうしが隣接するように並ぶ。ただし、前記所定の方向（表示領域１１１の長手方向）についても、異なる色の着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１ｂが隣接する構成であってもよい。
【００２４】
なお、各色の着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂの並びの順序や、着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂの色数や色の種類は、前述の構成に限定されない。例えば、前記の３色の着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂに加えて白色の着色層が並列に設けられており、合計で４色の着色層を有していてもよい。この場合には、並列に設けられる赤色の着色層１２１Ｒと緑色の着色層１２１Ｇと青色の着色層１２１Ｂと白色の着色層の４色の着色層によって１つの単位画素１１２が形成される。また、図３においては、各色の着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂどうしの間にブラックマトリックス１２２が設けられている構成を示すが、ブラックマトリックス１２２が設けられない構成であってもよい。
【００２５】
このように、表示装置１ａの表示素子１１はカラーフィルタ１２を有しており、このカラーフィルタ１２には、互いに異なる色の補助画素１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂに対応する着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂが設けられている。そして、カラーフィルタ１２に設けられている各色（複数）の着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂは直線状の形状を有しており、それらの長手方向は所定の方向に長い形状を有している。本実施形態では、この所定の方向は、観察者が表示領域１１１を観察する際に画角が大きくなる方向と同じであり、表示素子１１の表示領域１１１の長手方向である。
【００２６】
ここで、このような構成の効果について、図３を参照して説明する。図３においては、紙面の左右方向が図２（ｂ）のａ−ａ’線方向であり、観察者が表示領域１１１を観察した場合の画角が小さい方向である。なお、図３においては、光学系であるプリズム１３を省略してある。図３に示すように、表示素子１１のカラーフィルタ１２の背面側（観察者が観察する側とは反対側）には、光源１４が設けられている。ここでは、光源１４に、白色光を発する有機ＬＥ層が適用される。光源１４が発する光は、カラーフィルタ１２の各色の着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂを透過し、図略のプリズム１３を介して観察者の眼３に到達する。
【００２７】
図３に示すように、Ｙ軸方向（観察者が表示領域１１１を観察した場合の画角が小さい方向）には、赤色の着色層１２１Ｒと緑色の着色層１２１Ｇと青色の着色層１２１Ｇとが並ぶように配列されている。すなわち、この方向には、互いに異なる色の着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂが隣接するように配列されている。そして、これら１纏まりの３色の着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂが、１つの単位画素１１２に対応する。例えば、ある単位画素１１２に赤色を表示させる場合には、赤色の着色層１２１Ｒの背面側に設けられている光源１４（有機ＥＬ層）を発光させ、緑色の着色層１２１Ｇと青色の着色層１２１Ｂのそれぞれ背面側に設けられている光源１４は発光させない。そして、赤色の着色層１２１Ｒの背面側に設けられている光源１４が発する光が、この赤色の着色層１２１Ｒを透過することで、この単位画素１１２には赤色が表示される。
【００２８】
この際、図３に示すように、観察者が表示領域１１１の表面の垂線（法線）に対してある角度θ傾斜している方向からこの画素を観察しているものとする。説明の便宜上、この角度θを「観察角度」と称する。観察角度θは、  ０≦θ≦π／２  である。前述のようにある１つの単位画素１１２に赤色を表示させる場合、当該ある１つの単位画素１１２に含まれる赤色の着色層１２１Ｒの背面側に設けられている光源１４を発光させる。この場合、観察角度θが０でない場合には、赤色の着色層１２１Ｒの背面に設けられている光源１４が発する光のうちの一部は、赤色の着色層１２１Ｒに隣接している他の色の着色層（図３では緑色の着色層１２１Ｇ）を透過して観察者の眼３に到達する。このため、混色が発生する。そして、赤色の着色層１２１Ｒを透過して観察者の眼３に到達する光に対する他の色の着色層１２１Ｇ，１２１Ｂを透過して観察者の眼３に到達する光の割合が大きくなると、観察者により観察される色の変化（混色の程度）が大きくなる。
【００２９】
具体的には、
Ａ：着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂの短尺方向寸法
Ｂ：ブラックマトリックス１２２の幅
Ｃ：光源１４の寸法（着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂの短尺方向に対応する寸法）
Ｄ：光源１４から着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂまでの距離
Ｅ：着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂの厚さ
Ｆ：ブラックマトリックス１２２の厚さ
Ｓ１：１つの光源１４が発して観察者の眼３に到達する光の全幅（Ｓ１＝Ｃ−Ｂ）
Ｓ２：隣接する着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂを透過して観察者の眼に到達する光の幅
とすると、観察者の眼３に到達する光において、本来発色させようとする色の光に対する他の色の光の割合Ｓ２／Ｓ１は、次の数式（１）で表される。
Ｓ２／Ｓ１  （２（Ｄ＋Ｅ−Ｆ）tanθ−（Ａ−Ｃ＋２Ｂ））／（２（Ｃ−Ｂ））
数式（１）
なお、光源１４が発する光のうち、ブラックマトリックス１２２に到達した光は、ブラックマトリックス１２２に吸収されるものとする。また、ブラックマトリックス１２２が設けられない構成であれば、  Ｂ＝０  とすればよい。
【００３０】
そして、観察角度θが、次の数式（２）で示す角度θ1以上になると混色が発生し、観察角度θが大きくなるにしたがって、Ｓ２／Ｓ１の値も大きくなっていく。このＳ２／Ｓ１の値が大きいほど、本来意図した色からの変化の程度が大きくなることを示している。
θ1＝arctan（（Ａ−Ｃ＋２Ｂ）／２（Ｄ＋Ｅ−Ｆ））        数式（２）
例えば、図３に示す例であれば、赤色から赤色と緑色の混色に変化していく。
【００３１】
このような混色は、大型の直視型の表示素子においてはほとんど発生しない。大型の直視型の表示素子として、例えば、対角サイズが５０インチで、Ｘ軸方向の画素数が１９２０、Ｙ軸方向の画素数が１０８０である場合には、次のとおりである。この場合、単位画素のピッチは約５６７μｍとなり、１つの補助画素の寸法Ａは約１８０μｍとなり、光源１４の寸法Ｃも約１８０μｍとなる。このため、着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂの寸法Ａと光源１４の寸法Ｃが、ブラックマトリックス１２２の寸法Ｂと光源１４から各色の着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂのまでの距離Ｄと着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂの厚さＥとブラックマトリックス１２２の厚さＦに比較して充分に大きくなる。そうすると、前記数式（１）は、次の数式（３）で示すように近似される。
Ｓ２／Ｓ１≒（（Ｄ＋Ｅ−Ｆ）／Ｃ）tanθ      数式（３）
【００３２】
この数式（３）から明らかなように、光源１４の寸法Ｃが、光源１４から各色の着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂまでの距離Ｄと着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂの厚さＥとブラックマトリックス１２２の厚さＦよりも大きい場合には、観察角度θが９０（ｄｅｇ）に近づかない限り、Ｓ２／Ｓ１の値はほぼ０である。このため、混色はほとんど発生しない。
【００３３】
このように、前記混色は、表示領域１１１のサイズが小さく、補助画素１１３のピッチが微細である場合に顕在化しやすくなる。このため、ヘッドマウントディスプレイなどのような、表示領域１１１の対角サイズが１インチ程度の表示素子１１が適用される表示装置１ａにおいて、観察者に提示する画像の高品位化を図るためには、前記混色を防止または抑制することが好ましい。
【００３４】
そこで、本発明の実施形態では、各色の着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂの長手方向を、観察者が表示領域１１１を観察した場合に画角が大きくなる方向と同じとする。このような構成によれば、混色が生じ得る方向（すなわち、異なる色の着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂが並ぶ方向）についての観察角度θの最大値を小さくできる。このため、観察者により観察される混色を抑制できる。
【００３５】
ここで、混色が生じ得る方向について観察角度θの最大値を小さくできる理由について、図４を参照して説明する。図４は、観察者がプリズム（光学系）を介して拡大虚像を観察している状態を模式的に示す断面図である。なお、図４（ａ）はＸ軸方向視の断面図であり、図４（ｂ）はＹ軸方向視の断面図である。図４（ａ）（ｂ）に示すように、
ｈx：拡大虚像２２のＸ軸方向寸法の半値
ｈy：拡大虚像２２のＹ軸方向寸法の半値
ｕx：表示領域１１１を観察者から見た場合のＸ軸方向の画角の半値
ｕy：表示領域１１１を観察者から見た場合のＹ軸方向の画角の半値
ｄ  ：プリズム１３（光学系）から観察者の眼３の中心（結像位置）までの距離
ｆ：プリズム１３（光学系）の焦点距離
とし、無限遠に拡大虚像２２をつくるものとする。この場合、Ｘ軸方向の観察角度θxの最大値とＹ軸方向のθｙの最大値は、近軸近似を用いると、それぞれ次の数式（４）（５）の通りとなる。
θx＝ｕx＋ｈx／ｆ＝ｕx（１＋ｄ／ｆ）      数式（４）
θy＝ｕy＋ｈy／ｆ＝ｕy（１＋ｄ／ｆ）      数式（５）
【００３６】
第１の実施形態では、表示領域１１１の短尺方向がＹ軸方向であり、長手方向がＸ軸方向である。このため、観察者が表示領域１１１の拡大虚像２２を観察した場合の画角は、Ｙ軸方向の画角の方がＸ軸方向の画角よりも小さくなる。したがって、Ｙ軸方向の観察角度θyはＸ軸方向の観察角度θxよりも小さくなる。このように、第１の実施形態では、観察者が表示領域１１１の拡大虚像２２を観察した場合の画角が小さくなる方向の観察角度θyの最大値が、画角が大きくなる方向の観察角度θxよりも小さくなる。
【００３７】
そして、前記のとおり、互いに異なる色の着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂは、観察者が表示領域１１１に表示された画像２１に対応する拡大虚像２２を観察した場合の画角が小さくなる方向に隣接するように並列に配列されている。すなわち、観察者が表示領域１１１に表示される画像２１に対応する拡大虚像２２を観察した場合の画角が小さくなる方向を、混色が生じ得る方向としている。このような構成であると、観察者により観察される混色を抑制できる。一方、観察者が表示領域１１１に表示される画像２１に対応する拡大虚像２２を観察した場合の画角が大きくなる方向には、同じ色の着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂが隣接するように配列されている。このため、この方向については、観察角度θｘが大きくなっても混色は発生しない。したがって、第１の実施形態によれば、小型の表示素子１１を有する表示装置１ａにおいて、表示素子１１の表示領域１１１の全域にわたって色の変化の少ない高画質の画像を表示することができる。
【００３８】
（第１の実施例）
次に、第１の実施形態の第１の実施例について説明する。第１の実施例の表示素子１１の表示領域１１１のＸ軸方向寸法は、２３．０４ｍｍであり、Ｙ軸方向寸法は１２．９６ｍｍである。表示素子１１の単位画素１１２のピッチは１２μｍであり、Ｘ軸方向の画素数は１９２０であり、Ｙ軸方向の画素数は１０８０である。プリズム１３（光学系）の焦点距離は２０ｍｍである。このような構成であると、拡大虚像２２を無限遠に作るとすれば、プリズム１３を介して観察者が観察可能な画角の半値は、Ｘ軸方向はarctan（２３．０４／２／２０）＝２９．９ｄｅｇとなり、Ｙ軸方向は１８．０ｄｅｇとなる。プリズム１３から観察者側の結像位置（観察者の眼３の旋回中心）までの距離を３５ｍｍとすると、前記数式（４）（５）から、Ｘ軸方向の観察角度θxの最大値は−２２．５（ｄｅｇ）となり、Ｙ軸方向の観察角度θyの最大値は−１３．５ｄｅｇとなる。
【００３９】
第１の実施例では、表示素子１１に自発光型の有機ＥＬディスプレイが適用されるものとする。第１の実施例の表示素子１１の具体的なパラメータは次のとおりである。
着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂの寸法Ａ                ：３．０μｍ
ブラックマトリックス１２２の幅Ｂ                          ：１．０μｍ
光源１４（有機ＥＬ層）の寸法Ｃ                            ：２．５μｍ
光源１４から着色層１２１Ｒ、１２１Ｇ，１２１Ｂまでの距離Ｄ：３．０μｍ
各色の着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１ｂの厚さＥ          ：２．０μｍ
ブラックマトリックス１２２の厚さＦ                        ：０．２μｍ
【００４０】
図５は、第１の実施例の表示素子１１について、観察角度θとＳ２／Ｓ１の値（％）との関係を示すグラフである。Ｓ２が０よりも大きくなる角度θ1（すなわち、混色が発生し始める角度）は、前記数式（２）により算出される。なお、図５においては、観察角度θがθ1以下の範囲では、Ｓ２／Ｓ１の値を０としている。
【００４１】
図５に示すように、表示素子１１が前記パラメータを有する構成であれば、観察角度θが１４．６（ｄｅｇ）以下の範囲であれば混色は生じない。前記のとおり、Ｘ軸方向の観察角度θxの最大値は２２．５（ｄｅｇ）となり、Ｙ軸方向の観察角度θyの最大値は１３．５ｄｅｇとなる。このため、各色の着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂの長手方向を、観察者が表示領域１１１の拡大虚像２２を観察する際の画角が大きい方向と同じとすれば、混色が生じ得る方向についての観察角度θの最大値が１３．５（ｄｅｇ）となるから、混色が生じる角度よりも小さくなる。したがって、観察者により混色が観察されないようにできる。
【００４２】
これに対して、カラーフィルタ１２の各色の着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂの長手方向が画角の小さい方向と同じであると、観察角度θが最大となる位置で、Ｓ２／Ｓ１の値が０．４９となる。したがってこの場合には、混色が発生する。このように、第１の実施例によれば、観察角度θによって色の変化が発生することがない。特に、焦点距離の短いプリズム１３（光学系）と組み合わされた場合には、観察角度θが大きくなるが、このような場合であっても、表示領域１１１を観察する場合に画角が小さくなる方向については混色が発生しない。すなわち、小さい表示素子１１を高倍率で観察する場合であっても、画角が小さくなる方向に関しては混色が発生しない。
【００４３】
（第２の実施例）
次に、第１の実施形態の第２の実施例について説明する。第２の実施例は、第１の実施例よりも表示素子１１の画素ピッチが小さく、かつ、焦点距離が短い例である。具体的には、第２の実施例の表示素子１１は、単位画素１１２のピッチが９μｍであり、Ｘ軸方向の画素数は１９２０であり、Ｙ軸方向の画素数は１０８０である。また、プリズム１３（光学系）の焦点距離は１７ｍｍである。このような構成であると、Ｘ軸方向の最大半画角は２６．９（ｄｅｇ）となり、Ｙ軸方向の最大画角の半値は１６．０（ｄｅｇ）となる。このように、第２の実施例は、第１の実施例に比較して、表示素子１１の表示領域１１１のサイズが小さく、プリズム１３（光学系）の焦点距離を短くして画角を広げた構成である。このため、観察可能な画角は第１の実施例よりも狭いが、観察者による観察角度θの最大値は大きくなり、θx＝−２８．５ｄｅｇ、θy＝−１６．９ｄｅｇとなる。
【００４４】
また、第２の実施例では、表示素子１１に透過型の液晶表示素子が適用される。透過型の液晶表示素子は、第１の実施例で挙げた自発光型の有機ＥＬに比較して、光源１４から各色の着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂまでの距離Ｄが小さい。これは、有機ＥＬである場合には、有機ＥＬ層の保護層やカラーフィルタ１２を接着するための接着層が存在するのに対し、透過型の液晶表示素子は、それぞれ厚さが０．１μｍ程度の透明電極と配厚膜が形成されたカラーフィルタ１２に液晶が塗布されたＴＦＴアレイ基板が貼り合わされた構成を有するためである。
【００４５】
第２の実施例の表示素子１１の具体的なパラメータは、次のとおりである。
着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂの幅Ａ                  ：２．２μｍ
ブラックマトリックス１２２の幅Ｂ                          ：０．８μｍ
光源１４の幅Ｃ                                            ：２．０μｍ
光源１４から着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂまでの距離Ｄ：０．２μｍ
着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂの厚さＥ                ：２．０μｍ
ブラックマトリックスの厚さＦ                              ：０．２μｍ
【００４６】
図６は、第２の実施例の表示素子１１についての観察角度とＳ２／Ｓ１との関係を示すグラフである。第２の実施例の表示素子１１は、第１の実施例の表示素子１１に比較すると、単位画素１１２のピッチが小さいものの、光源１４から各色の着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂまでの距離Ｄが小さい。このため、混色が発生する観察角度θが大きくなることから、混色が発生しにくい。図６に示すように、観察者による観察角度θが２４．２（ｄｅｇ）以上になると混色が発生する。このように、表示領域１１１を観察する場合の画角が小さい方向（上下方向）については、観察者による観察角度θyの最大値は１６．９（ｄｅｇ）となる。したがって、このような構成であれば、画角が小さくなる方向については混色が発生しない。なお、カラーフィルタ１２の各色の着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂの長手方向が画角の小さい方向と同じであると、観察者による観察角度θが最大となる位置で、Ｓ２／Ｓ１の値が０．１５５となる。したがってこの場合には、混色が発生する。
【００４７】
このように、第２の実施例によれば、観察者による観察角度θによって色の変化が発生することがない。特に、焦点距離の短い光学系と組み合わされた場合には、観察者による観察角度θが大きくなるが、このような場合であっても、画角が大きくなる方向については混色が発生しない。すなわち、小さい表示素子を高倍率で観察する場合であっても、画角が大きくなる方向については混色が発生しない。
【００４８】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について、図７と図８を参照して説明する。第２の実施形態に係る表示装置１ｂは、観察者が両眼３Ｒ，３Ｌで画像を観察するタイプの表示装置である。図７と図８は、第２の実施形態に係る表示装置１ｂの構成例を模式的に示す図である。なお、図７と図８では、左右の両眼３Ｒ，３Ｌの間隔が互いに異なる観察者を示している。図７に示す観察者の左右の両眼３Ｒ，３Ｌの間隔をＱ1とし、図８に示す観察者の左右の両眼３Ｒ，３Ｌの間隔をＱ2とする。
【００４９】
図７と図８に示すように、第２の実施形態に係る表示装置１ｂは、右眼用の表示素子１１Ｒと左眼用の表示素子１１Ｌとの２つの表示素子を有する。そして、２つの表示素子１１Ｒ，１１ＬがＸ軸方向（観察者の両眼３Ｒ，３Ｌの並びの方向）に所定の間隔Ｐをおいて並べて設けられているとともに、２つの表示素子１１Ｒ，１１Ｌのそれぞれが表示する画像を観察者の両眼３Ｒ，３Ｌのそれぞれに提示する左右のプリズム１３Ｒ，１３Ｌ（光学系）が設けられている。なお、ここでいう２つの表示素子１１Ｒ，１１Ｌの間隔Ｐは、表示領域１１１Ｒ，１１１Ｌの中心どうしの間隔をいうものとする。２つの表示素子１１Ｒ，１１Ｌおよび２つのプリズム１３Ｒ，１３Ｌの構成は、第１の実施形態と同じである。そして、２つの表示素子１１Ｒ，１１Ｌは、観察者が観察する画角の大きい方向に並べて設けられている。すなわち、２つの表示素子１１Ｒ，１１Ｌのそれぞれの表示領域１１１の長手方向（観察者が拡大虚像２２を観察する際の画角が大きくなる方向）は、Ｘ軸方向である。さらに、２つの表示素子１１Ｒ，１１Ｌのカラーフィルタ１２のそれぞれに設けられている複数の着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂの長手方向は、Ｘ軸方向（２つの表示素子１１Ｒ，１１Ｌの並びの方向）である。
【００５０】
観察者の左右の両眼３Ｒ，３Ｌの間隔は個人差がある。このため、この間隔の差によって、観察者ごとに、観察角度θが相違することや、観察角度θが左右の眼３Ｒ，３Ｌで相違することがある。第２の実施形態では、両眼３Ｒ，３Ｌの間隔が相違する観察者が使用する場合であっても、混色の発生を抑制することができる。
【００５１】
両眼３Ｒ，３Ｌで観察するタイプの表示装置においては、２つの表示素子１１Ｒ，１１Ｌのそれぞれの表示領域１１１Ｒ，１１１Ｌの寸法（観察者が表示領域１１１Ｒ，１１１Ｌの拡大虚像２２を観察する際の画角）は、一般的に、Ｘ軸方向（左右の両眼の並びの方向）の方がＹ軸方向（上下方向）よりも大きい。
【００５２】
図７に示す観察者の左右の両眼３Ｒ，３Ｌの中心間隔Ｑ1は、左右の表示素子１１Ｒ，１１Ｌの間隔Ｐと同じであるものとする。図８に示す観察者の左右の両眼３Ｒ，３Ｌの間隔Ｑ2は、左右の表示素子１１Ｒ，１１Ｌの間隔Ｐよりも大きいものとする。そして、図８に示す観察者の左右の両眼３Ｒ，３Ｌのそれぞれは、左右の表示素子１１Ｒ，１１Ｌの表示領域１１１のそれぞれの中心から  ｓ  の距離を水平方向外側にずれた位置において、拡大虚像２２を観察しているものとする。なお、図７と図８に示す観察者の左右の両眼３Ｒ，３Ｌの最大画角はいずれも同じであり、その半値は２６．９（ｄｅｇ）であるものとする。
【００５３】
図７と図８に示すように、それぞれの観察者は、それぞれの観察者から見て左側に２６．９（ｄｅｇ）の方向（最大画角の方向）を観察しているものとする。図７に示すように、左右の両眼３Ｒ，３Ｌのそれぞれの中心と左右の表示素子１１Ｒ，１１Ｌのそれぞれの中心とが一致していれば、左右の両眼３Ｒ，３Ｌによる観察角度θ（表示素子１１Ｒ，１１Ｌの表示領域１１１Ｒ，１１１Ｌを観察する角度）は、いずれの２８．５（ｄｅｇ）となる。一方、図８に示すように、左右の両眼３Ｒ，３Ｌのそれぞれの中心と左右の表示素子１１の中心とが一致しておらず、それぞれ水平方向に  ｓ  の距離ずれていれば、左右の両眼３Ｒ，３Ｌのそれぞれによる観察角度θは、近軸近似を用いると次の数式（６）で算出される。
θx＝ｕ＋（ｈ＋ｓ）／ｆ＝ｕ（１＋ｄ／ｆ）＋ｓ／ｆ      数式（６）
【００５４】
なお、数式（６）と前記数式（４）（５）とを比較すると明らかなように、観察角度θxは  ｓ／ｆ  の項の値だけ変化する。例えば、図８に示す観察者の左右の両眼３Ｒ，３Ｌの間隔Ｑ2が図７に示す観察者の左右両眼３Ｒ，３Ｌの間隔Ｑ2よりも６ｍｍ大きく、左右の両眼３Ｒ，３Ｌのそれぞれが左右の表示素子１１Ｒ，１１Ｌのそれぞれの中心から３ｍｍずつずれているとする。この場合、図８に示す観察者の左眼３ＬによるＸ軸方向の観察角度θxの最大値は３１．１（ｄｅｇ）となり、右眼３ＲによるＸ軸方向の観察角度θxの最大値は１３．９（ｄｅｇ）となる。これらの観察角度θxは、図７に示す観察者と比較すると、左眼３Ｌの画角が１０．１（ｄｅｇ）大きくなっており、左右の両眼３Ｒ，３Ｌの画角で２０．２（ｄｅｇ）の差が生じている。これに対して、Ｙ軸方向の画角は、図７に示す観察者と図８に示す観察者とで同じであり、１６．９（ｄｅｇ）である。
【００５５】
前記のとおり、表示素子１１Ｒ，１１Ｌおよびプリズム１３（光学系）の構成は第１の実施例または第２の実施例と同じであり、カラーフィルタ１２の着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂの長手方向が左右の表示素子１１Ｒ，１１Ｌの並びの方向と同じである。このような構成であれば、図７と図８のいずれに示す観察者が観察した場合であっても、混色が観察されない。
【００５６】
このように、第２の実施形態によれば、両眼３Ｒ，３Ｌの間隔が異なる観察者に対しても、広い画角範囲にわたって色の変化の少ない良好な表示装置を提供することができる。なお、カラーフィルタ１２の各色の着色層１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂの長手方向がＹ軸方向と同じであるとすると、図８に示す観察者については、左眼３Ｌで観察した場合のＳ２／Ｓ１の値は０．２５となり、右眼３Ｒで観察した場合のＳ２／Ｓ１の値は０となる。このため、左眼では混色が観察されることになる。
【００５７】
以上、本発明の各種実施形態について詳細に説明したが、前述の実施形態は、本発明を実施するにあたっての具体例を示したに過ぎない。本発明の技術的範囲は、前述の実施形態に限定されない。本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能である。
【００５８】
例えば、前記各実施形態や実施例における表示素子のパラメータや構造は、例示であってこれらのパラメータ構造に限定されることを意味するものではない。また、前記各数式による漏れ光による混色の定式化はかなり簡略化された物である。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、表示装置に有効な技術である。本発明によれば、表示領域の全域にわたって色の変化の少ない高画質な画像を提示する小型の表示装置を提供することができる。
【図１】
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【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７】
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【図８】
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