CN107003529B - 半透过型反射片、导光板和显示装置 - Google Patents

半透过型反射片、导光板和显示装置 Download PDF

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Abstract

半透过型反射片(20)具有：第1光学形状层(22)，其具有多个单位光学形状(30)；以及第2光学形状层(23)，其在第1光学形状层上从通过单位光学形状而形成的面侧层叠而成。单位光学形状具有：第1面(30a)，其相对于第2光学形状层的朝向第1光学形状层的相反侧的出光侧面(23b)倾斜；以及第2面(30b)，其不与所述出光侧面平行。对在半透过型反射片内行进的影像光的至少一部分进行反射的反射层(25)被设置在第1面上。

Description

半透过型反射片、导光板和显示装置
技术领域
本发明涉及半透过型反射片、导光板和显示装置。
背景技术
以往提出了通过光学系统使观察者观察到LCD(Liquid Crystal Display：液晶显示器)等的显示部的头部安装型的显示装置(例如，JP2011-509417A)。这种头部安装型的显示装置例如在与显示部对置的位置处配置导光板，将通过显示部而显示的影像光通过该导光板而引导至与观察者的眼睛对应的位置处，通过反射层将其反射到观察者侧。此外，这种显示装置会被所显示的影像遮挡住观察者的视场，因此有些情况下通过在反射层上使用单面镜等，构成为将影像与外界的光重叠起来显示的所谓的透明。然而，这种情况下，如果提升单面镜的透过率并过度降低反射率，则到达观察者侧的影像有时会变得不鲜明，反之如果提升反射率并过度降低透过率，则有时外界的光(外界的像)会变得不鲜明。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种能够对到达观察者侧的影像或外界的光变得不鲜明的情况进行抑制的半透过型反射片、导光板和显示装置。
本发明的半透过型反射片具有：
第1光学形状层，其具有多个单位光学形状；以及
第2光学形状层，其在所述第1光学形状层上从由所述单位光学形状形成的面侧层叠而成，
所述单位光学形状具有：第1面，其相对于所述第2光学形状层的出光侧面倾斜，该出光侧面朝向所述第1光学形状层的相反侧；以及第2面，其不与所述出光侧面平行，
对在所述半透过型反射片内行进的影像光的至少一部分进行反射的反射层被设置在所述第1面上。
本发明的半透过型反射片可以构成为，所述反射层仅被设置在所述第1面的一部分上。
本发明的半透过型反射片可以构成为，
所述单位光学形状构成朝所述第2光学形状层突出的凸部，
所述第1面和所述第2面沿所述半透过型反射片的片面对置，
所述第1面和所述第2面沿所述单位光学形状的排列方向交替排列，
各单位光学形状的所述反射层被设置在所述第1面上的沿所述单位光学形状的排列方向与该单位光学形状的所述第2面接近的一部分上。
本发明的半透过型反射片可以构成为，各单位光学形状的所述反射层被设置在所述第1面上的包含端部的一部分上，该端部沿所述单位光学形状的排列方向而成为该单位光学形状的所述第2面侧。
本发明的半透过型反射片可以构成为，吸收光的光吸收层被设置在所述第2面上。
本发明的半透过型反射片可以构成为，在所述第2面上形成有凹凸形状。
本发明的半透过型反射片可以构成为，
所述凹凸形状包含沿所述第2面排列的多个单位形状，
在与所述多个单位光学形状的排列方向和所述半透过型反射片的法线方向平行的剖面上，设所述单位形状的排列间距为P2，设所述单位形状的底部与顶部之间的距离为h2时，满足下式。
0.05≦h2/P2≦0.5
本发明的半透过型反射片可以构成为，在与所述多个单位光学形状的排列方向和所述半透过型反射片的法线方向平行的剖面上，设所述第1面与所述出光侧面所成的角度为α，设所述出光侧面的法线方向与所述第2面所成的角度为
Figure BDA0001304142150000021
时，满足下式。
Figure BDA0001304142150000022
本发明的半透过型反射片可以构成为，设所述第1光学形状层和所述第2光学形状层的折射率中的高折射率为n1，设低折射率为n2时，满足下式。
Figure BDA0001304142150000023
本发明的半透过型反射片可以构成为，具有：光学形状部，其设置了所述单位光学形状；以及导光部，其向所述光学形状部引导光。
本发明的半透过型反射片可以构成为，所述导光部与所述光学形状部邻接。
本发明的半透过型反射片可以构成为，所述导光部具有：第1导光反射面，其由所述第1光学形状层的朝向所述第2光学形状层的相反侧的面形成；以及第2导光反射面，其由所述第2光学形状层的朝向所述第1光学形状层的相反侧的面形成。
本发明的半透过型反射片可以构成为，所述导光部具有：第1导光反射面，其位于所述第1光学形状层的所述第2光学形状层的相反侧；以及第2导光反射面，其位于所述第2光学形状层的所述第1光学形状层的相反侧。
本发明的半透过型反射片可以构成为，所述第1面和所述第2面沿所述半透过型反射片的片面对置。
本发明的半透过型反射片可以构成为，在与所述多个单位光学形状的排列方向和所述半透过型反射片的法线方向平行的剖面上，所述单位光学形状具有大致三角形形状或将大致三角形形状的角倒角而成的形状。
本发明的第1显示装置具有：
上述本发明中的任意一个半透过型反射片；以及
影像源，其对所述半透过型反射片投射影像光。
本发明的导光板对从影像源射入的影像光进行引导，该导光板具有：
第1全反射面，其使所述影像光全反射；
第2全反射面，其被设置在与所述第1全反射面对置的位置处，使所述影像光全反射；
单位光学形状，其具有相对于所述影像光的导光方向倾斜的第1面，在所述影像光的导光方向上排列有多个；以及
反射层，其被设置在所述第1面的一部分上，使在所述第1全反射面和所述第2全反射面之间重复全反射而被引导的所述影像光反射，使其从该导光板射出。
本发明的导光板可以构成为，所述反射层被设置在所述第1面上的所述影像光行进的一侧。
本发明的导光板可以构成为，所述单位光学形状在与所述第1面对置，且相比于所述第1面为所述影像光行进的一侧形成有第2面，
所述第2面上设置有吸收光的光吸收层。
本发明的第1显示装置具有：
上述本发明中的任意一个导光板；以及
影像源，其对所述半透过型反射片投射影像光。
根据本发明，能够对到达观察者侧的影像或外界的信息变得不鲜明的情况进行抑制。
附图说明
图1是用于说明本发明的一个实施方式的图，是说明显示装置的图。
图2是表示半透过型反射片的第1例的剖视图。
图3是用于说明图2所示的半透过型反射片的制造方法的一例的图。
图4是表示显示装置的一个变形例的图。
图5是与图2对应的图，是表示半透过型反射片的第2例的剖视图。
图6是图5的部分放大图，是表示单位光学形状的第2面的图。
图7是表示射入由平坦面构成的第2面的外界的光的轨迹的一例的图。
图8是表示射入由平坦面构成的第2面的外界的光的轨迹的另一例的图。
图9是表示射入图6所示的第2面的外界的光的轨迹的图。
图10是用于说明图5所示的半透过型反射片的制造方法的一例的图。
图11是表示单位光学形状的第2面的一个变形例的图。
图12是表示单位光学形状的第2面的另一个变形例的图。
图13是与图2对应的图，是表示半透过型反射片的第3例的剖视图。
图14是图13的部分放大图，是表示单位光学形状的图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的多个实施方式。另外，在本件说明书所附的附图中，为了进行图示和便于容易理解，适当将比例尺和纵横的尺寸比等基于实物的情况进行了变更和扩张。
另外，在本说明书中，关于“板”、“片”、“膜”的用语，仅基于称呼上的差异，并非用于彼此进行区分。例如，“片”是包括可被称作板或膜的部件的概念，因此，“半透过型反射片”与被称作“半透过型反射板”或“半透过型反射膜”的部件仅称呼不同而并无区别。
此外，“片面(板面、膜面)”指的是在从整体且大局来观察作为对象的片状(板状、膜状)的部件的情况下与作为对象的片状部件(板状部件、膜状部件)的俯视方向一致的面。在以下说明的实施方式中，半透过型反射片的片面、半透过型反射片的出光面、第1光学形状层的片面和第2光学形状层的片面平行。此外，相对于片状(板状、膜状)的部件的法线方向指的是该片状(板状，膜状)的部件在片面(板面、膜面)上的法线方向。
进而，在本说明书中使用的形状或几何学的条件以及用于确定它们的程度的例如“平行”、“垂直”、“同一”等的用语或长度和角度的值等不限于严格的意义，可以在包含可期待同样的功能的程度的范围的情况下进行解释。
另外，在以下参照的图中和以下的说明中，为了易于理解，观察者在头部上安装了显示装置1的状态下，将铅直方向作为Z方向，将水平方向作为X方向和Y方向。此外，在该水平方向中，将射入导光板的影像光被引导的方向(导光板的左右方向)作为X方向，将与之垂直的方向(导光板的厚度方向)作为Y方向。将该Y方向的-Y侧作为观察者侧，将+Y侧作为背面侧。
＜第1实施方式＞
显示装置1是由观察者安装在头部，在观察者的眼前显示影像的所谓的头戴式显示器。如图1所示，本实施方式的头部安装型的显示装置1在未图示的眼镜框的内侧具有影像源(显示部)11、投射光学系统12和半透过型反射片20，观察者将眼镜框安装在头部上，由此能够由观察者通过半透过型反射片(导光板)20等视觉确认到通过影像源11生成的影像。具体而言，显示装置1将在影像源11上显示的影像光通过投射光学系统12射入半透过型反射片20，在半透过型反射片20内在+X方向上导光，然后将其在与导光方向垂直的-Y方向上反射，在将显示装置1安装在头部上的观察者的眼睛E前显示影像信息。即，在图1的示例中，半透过型反射片20在图示的例子中作为导光板发挥功能，在这种意义内，将半透过型反射片20也称为导光板20。此外，显示装置1使光的一部分从外界透过导光板20而到达观察者侧，具备使影像与外界的光重叠起来显示的所谓的透明功能。
影像源11是显示影像光的微显示器，例如可以使用透过型的液晶显示设备、反射型的液晶显示设备或有机EL等。作为影像源11，例如使用对角在1英寸以下的微显示器。投射光学系统12是由将从影像源11射出的影像光作为平行光投射的多个透镜群构成的光学系统。半透过型反射片20是引导光的大致平板状的透明部件，在本实施方式中，从铅直方向Z方向观察的形状形成为呈大致梯形形状的梯形柱形状。如图1所示，半透过型反射片20具有彼此平行且互相对置的导光反射面(第1全反射面)20b和第2导光反射面(第2全反射面)20c、以及在-X侧端部上相对于该第1导光反射面20b和第2导光反射面20c倾斜的反射面20a。在第1和第2导光反射面20b、20c上的反射是在层上使用折射率差的全反射。根据这点，将第1导光反射面20b也称作第1全反射面20b，将第2导光反射面20c也称作第2全反射面20c。
反射面20a相对于第1全反射面20b和第2全反射面20c(X方向)以规定的角度倾斜，在该面的整个面上形成反射膜27。反射面20a将射入半透过型反射片20内的影像光通过该反射膜27反射到第1全反射面20b侧。这里，反射膜27由光反射性较高的金属、例如铝、银、镍等形成。在本实施方式中，反射膜27通过蒸镀铝而形成。此外，不限于上述情况，反射膜27还可以通过溅射光反射性较高的金属，或者转印金属箔，或者涂布含有金属薄片的涂料等而形成。反射面20a为了使通过反射膜27反射的影像光在第1全反射面20b上全反射，相对于第1全反射面20b在25°～40°的范围内倾斜。
第1全反射面20b是形成半透过型反射片20的面中的与XZ平面平行且位于观察者侧(-Y侧)的面，使通过反射膜27反射的影像光朝向第2全反射面20c侧全反射。此外，第1全反射面20b使在第2全反射面20c全反射的影像光朝向第2全反射面20c侧全反射。第1全反射面20b的-X侧的端部成为射入从影像源11被投射的影像光的入光面，此外，+X侧的端部成为将在后述的单位光学形状反射的影像光射出到半透过型反射片20外的出光面。即，在图示的例子中，半透过型反射片20包括：入光部15a，其供来自影像源11的影像光射入；导光部15b，其引导影像光；以及光学形状部15c，其与导光部15b邻接，使来自导光部15b的影像光反射并射出。第2全反射面20c是在形成半透过型反射片20的面中与XZ平面平行且位于背面侧(+Y侧)的面(离开观察者侧的一侧的面)，使在第1全反射面20b上全反射的影像光朝向第1全反射面20b侧全反射。由此，通过反射膜27反射的影像光在第1全反射面20b和第2全反射面20c之间重复进行全反射，由此在半透过型反射片20内的+X方向(导光方向)上被引导。
接着，说明半透过型反射片20的层结构。图2是说明本实施方式的半透过型反射片20的详细情况的图，是表示图1的a部详细情况的图。如图2所示，在半透过型反射片20上从观察者侧(-Y侧)按顺序层叠有基材部21、接合层24、第2光学形状层23和第1光学形状层22。基材部21是作为半透过型反射片20的基础的平板状的部件，例如由光透过性较高的丙烯树脂、苯乙烯树脂、丙烯苯乙烯树脂、聚碳酸酯树脂、脂环族聚烯烃树脂等形成。上述的第1全反射面(第1导光反射面)20b由该基材部21的观察者侧(-Y侧)的面构成。
第1光学形状层22是位于从半透过型反射片20的观察者侧观察时相距最远的一侧的层。第1光学形状层22由光透过性较高的聚氨脂丙烯酸酯树脂、环氧丙烯酸脂树脂等形成，其折射率是与上述基材部21相等的折射率。第1光学形状层22的观察者侧(-Y侧)的面上的+X侧的端部附近，换言之在构成光学形状部15c的区域上，设置有多个单位光学形状(单位光学要素、单位形状要素)30。该多个单位光学形状30在铅直方向(Z方向)延伸，并分别沿X方向排列。此外，单位光学形状30形成在观察者侧(-Y侧)突出的凸部，与单位光学形状30的排列方向和半透过型反射片的法线方向的两方平行的剖面(以下有时称之为“半透过型反射片的主切剖面”)的剖面形状、即与XY平面平行的剖面的剖面形状形成为三角形形状或对三角形形状的角进行倒角构成的形状。即，单位光学形状30形成为棱镜形状。单位光学形状30具有第1面30a和第2面30b，该第2面30b在相比于该第1面30a为影像光行进的一侧(+X侧)对置设置。另外，上述第2全反射面(第2导光反射面)20c由该第1光学形状层22的背面侧(+Y侧)的面构成。
在本实施方式中，关于该单位光学形状30，以形成为在铅直方向(Z方向)延伸的线性棱镜形状的例子进行了说明，然而不限于此，也可以形成为线性菲涅尔透镜形状或呈同心圆状排列有多个单位光学形状30的圆孔菲涅尔透镜形状。
第1面30a是供通过第1全反射面20b全反射的影像光直接射入的面，在该面的+X侧(影像光行进侧)设置有反射层25。第2面30b是在第1全反射面20b上全反射的影像光不直接射入的面，在该面上的整个面设置有光吸收层26。
第2光学形状层23是以覆盖单位光学形状30的方式，被设置在第1光学形状层22的观察者侧的面上的层，是为了使第1光学形状层22的观察者侧(-Y侧)的面变得平坦而设置的。第2光学形状层23的观察者侧(-Y侧)的面23b、即第2光学形状层23的出光侧面23b与半透过型反射片20的片面和半透过型反射片20的出光面20b平行，因此与XZ平面也平行。第2光学形状层23的观察者侧的出光侧面23b是通过接合层24与基材部21接合起来的面，此外还成为从第2光学形状层23向基材部21通过的光的出光面。该第2光学形状层23的出光面与导光板20的第1全反射面20b(出光面)平行。另外，可以省略在第2光学形状层23的观察者侧设置的基材部21，使第2光学形状层23的观察者侧的面作为导光板20的出光面。
第2光学形状层23由光透过性较高的聚氨脂丙烯酸酯树脂、环氧丙烯酸脂树脂等形成。在第1实施方式中，第2光学形状层23的折射率是与上述的基材部21或第1光学形状层22相等的折射率。
这里，单位光学形状30的第1面30a与平行于第1全反射面20b的面(XZ平面)构成的角度是α。此外，第2面30b与平行于第1全反射面20b的面构成的角度是β(β＞α)。进而，单位光学形状30的排列间距是P，单位光学形状30的高度(从半透过型反射片的法线方向(厚度方向、Y方向)上的单位光学形状30的顶部t到单位光学形状30间的作为谷底的部位(谷部)v的尺寸)是h。另外，排列间距P与单位光学形状30的排列方向(X方向)上的宽度尺寸相等。为了易于理解，在图2等中，单位光学形状30的排列间距P、角度α、角度β、高度h被表示为在单位光学形状30的排列方向上恒定。然而，本实施方式中以单位光学形状30的排列间距P等一定，而角度α随着朝向影像光行进侧(+X侧)而逐渐变大，此外，高度h也随之变大为例进行了说明，然而不限于此。例如，排列间距P、角度α、角度β和高度h也可以形成为一定。
接合层24是将基材部21和第2光学形状层23接合起来的粘结剂。接合层24以使得在基材部21和第2光学形状层23之间透过的影像光不发生折射的方式，由具有与这些层同等的折射率的材料、例如光透过性较高的聚氨脂丙烯酸酯树脂、环氧丙烯酸脂树脂、丙烯系粘结剂、硅系粘结剂等形成。通过以上的结构，构成半透过型反射片20的各层的光的折射率都形成为相等。这里，折射率相等不仅包括各层的折射率完全一致的情况，还包括折射率相近似为在各层间不会发生折射的程度的情况。由此，本实施方式的半透过型反射片20能够抑制在该半透过型反射片20内影像光或外界的光发生折射的情况。
反射层25形成为在单位光学形状30的第1面30a的面上设置的光反射性较高的金属、例如铝、银、镍等的层。本实施方式中，反射层25通过蒸镀铝而形成。此外，不限于此，反射层25还可以通过对光反射性较高的金属进行溅射，或者转印金属箔，或者涂布含有金属薄片的涂料等而形成。反射层25只要是用于反射光的充分厚度，则可以根据其材料等自由设定厚度。此外，反射层25可以形成为反射影像光的一部分，并且使从半透过型反射片20的背面侧(+Y侧)射入的外界的光透过的单面镜(半透半反镜)状，其反射率与透过率的比例可适当设定。本实施方式的反射层25形成为反射率和透过率均为45％的半透半反镜状。
反射层25在第1面30a上被设置于在半透过型反射片20内行进的影像光所行进的一侧(+X侧)的位置处。换言之，各单位光学形状30上的反射层25被设置在第1面30a上的沿单位光学形状30的排列方向接近该单位光学形状30的第2面30b的一部分上。再换言之，反射层25从第1面30a的顶部t向底部v侧形成为规定的宽度，而未形成在第1面30a的底部v附近。即，反射层25仅形成在第1面30a上的有助于对通过第1全反射面20b全反射的影像光的反射的部分上、即通过第1全反射面20b全反射的影像光能够射入的部分上。另一方面，反射层25未形成在成为邻接的单位光学形状30的影子而不会有助于影像光的反射的部分上。通过这样形成反射层25，从而半透过型反射片20不仅使在半透过型反射片20内引导的影像光通过第1面30a的反射层25反射而从半透过型反射片20射出，还能够使从半透过型反射片20的背面侧射入的外界的光从第1面30a上的未形成有反射层25的部分透过到观察者侧。此外，本实施方式的反射层25仅不被设置在第1面30a的不会有助于影像光的反射的部分上，因此相比于在第1面30a的整个面上形成反射层的情况而言，反射层所反射的光量不会减少。这里，基于效率良好地反射影像光并使其从半透过型反射片20射出的观点，单位光学形状30的高度h优选形成在8μm≦h≦700μm的范围内。此外，单位光学形状30的排列间距P优选形成在50μm≦P≦1000μm的范围内。进而，将相对于与透镜面平行的面的反射层25的长度设为w1时，反射层25优选形成为满足w1＝P×sin(90°―2×α)/sin(90°+α)。
光吸收层26是被设置在第2面30b上的整个面上而吸收光的层，例如由暗色系的材料形成。由此，在射入第1面30a的反射层25的影像光的一部分透过反射层25而射入第1光学形状层22内的情况下，本实施方式的半透过型反射片20能够在光吸收层26对其进行吸收(参见图2的L2)，可抑制在从半透过型反射片20射出的影像上发生鬼像的情况。光吸收层26由如下材料形成：以尿烷系树脂、丙烯系树脂或环氧系树脂、作为这些树脂的混合的树脂作为母材，被添加了包含作为光吸收材料的黑色等的暗色系的颜料或染料的涂料等或含有黑色等的暗色系的颜料或染料等的玻璃粉等。
下面，说明射入本实施方式的半透过型反射片20的影像光L和外界的光G的动作。如图1所示，从影像源11射出的影像光L通过投射光学系统12而射入半透过型反射片20的第1全反射面20b。射入到半透过型反射片20内的影像光L射入反射面20a的反射膜27而反射到第1全反射面20b侧。此后，该影像光L射入第1全反射面20b而向第2全反射面20c侧全反射后，射入第2全反射面20c而向第1全反射面20b侧全反射。这样在第1全反射面20b和第2全反射面20c之间重复进行全反射，由此使得影像光L从半透过型反射片20的-X侧被引导向+X侧，射入被设置在第1光学形状层22上的单位光学形状30。本实施方式的半透过型反射片20形成为，如图1所示，影像光L在第1全反射面20b上进行2次全反射，并在第2全反射面20c上进行1次全反射，然而不限于此，也可以在各面上重复进行更多次的全反射。
在光学形状部15c中射入单位光学形状30的影像光中的一部分影像光L1如图2所示，射入第1面30a的反射层25而向相对于第1全反射面20b大致垂直的方向(-Y方向)反射，从出光面(第1全反射面)20b向观察者的眼睛E射出。此外，他的影像光L2透过形成为半透半反镜状的反射层25而射入单位光学形状30内，从而射入第2面30b的光吸收层26而被吸收。如图1所示，外界的光G从半透过型反射片20的背面侧(+Y侧)的第2全反射面20c射入半透过型反射片20内。射入该半透过型反射片20内的外界的光G中的一部分光G1如图2所示，透过第1面30a中的未形成有反射层25的部分，从出光面(第1全反射面)20b向观察者的眼睛E射出。此外，其他的外界的光G射入第1面30a的反射层25，其中的一部分通过反射层25而向半透过型反射片20的背面侧反射，另一部分G2透过形成为半透半反镜状的反射层25，从出光面(第1全反射面)20b向观察者的眼睛E射出。
下面，说明本实施方式的半透过型反射片(导光板)20的制造方法。图3是说明本实施方式的半透过型反射片20的制造方法的图。图3的各图是表示到制造半透过型反射片20之前的过程的图。首先，如图3(a)所示，使用被设置有与单位光学形状30对应的凹凸形状的模具，通过挤压成形法、注射成形法、使用电离放射线硬化型树脂的赋型法(特别是将电离放射线硬化型树脂在基材上赋型的2P法)等形成构成半透过型反射片20的第1光学形状层22。
接着，如图3(b)所示，在第1光学形状层22的形成有单位光学形状30的一侧的整个面上，通过对形成光吸收层26的材料进行浸渍等而形成树脂层26’。并且，如图3(c)所示，除去树脂层26’上的光吸收层26的形成所不需要的部分。在本实施方式中，仅在单位光学形状30的第2面30b上形成有光吸收层26，因此将在第1光学形状层22的形成有单位光学形状30的一侧的面上的除第2面30b以外的部位上所涂布的树脂通过照射激光而将其除去。接着，如图3(d)所示，在单位光学形状30的第1面30a上通过真空蒸镀法对铝进行蒸镀而形成反射层25。另外，反射层25还可以由涂布含有光反射材料的涂料形成。
接着，如图3(e)所示，在第1光学形状层22的形成有单位光学形状30的一侧的面上填充构成第2光学形状层23的树脂，通过形成有平坦面的模具对其按压，在使其硬化后通过起模等而形成第2光学形状层23。接着，如图3(f)所示，将在该单位光学形状30上形成的第2光学形状层23与平板状的基材部21通过接合层24而贴合起来，完成依次层叠有基材部21、接合层24、第2光学形状层23、第1光学形状层22的层叠体。并且，最后将该层叠体裁断为规定的形状，然后对-X侧(形成有单位光学形状的侧的相反侧)的背面侧(-Y侧)的角部进行加工而形成反射面20a，在该反射面20a上通过真空蒸镀法等对铝进行蒸镀等而形成反射膜27。通过以上处理，半透过型反射片(导光板)20完成。
综上，在上述半透过型反射片(导光板)20中，在单位光学形状30的第1面30a上形成有作为半透半反镜发挥功能的反射层25。因此，既能够通过第1面30a的反射层25反射影像光，又能够通过第1面30a的反射层25使外界的光透过到观察者侧。尤其在本实施方式的半透过型反射片(导光板)30中，仅在单位光学形状30的第1面30a的一部分上形成有反射层25。因此，既能够通过第1面30a的反射层25反射影像光，又能够使外界的光从第1面30a的未形成有反射层25的部分透过到观察者侧。根据这种半透过型反射片20，不会降低影像光的鲜明度，能够更为鲜明地观察到外界的光。
此外，根据本实施方式的半透过型反射片20，反射层25被设置在单位光学形状30的第1面30a上的影像光行进的一侧(+X侧)，因此能够效率更为良好地将影像光反射到观察者侧，并且能够使外界的光从第1面30a的不会有助于影像光的反射的部分透过到观察者侧。
进而，根据本实施方式的半透过型反射片20，在第2面30b上设置有吸收光的光吸收层26，因此在影像光的一部分透过反射层25而射入第1光学形状层22内的情况下，能够通过光吸收层26对其进行吸收，可抑制在从半透过型反射片20射出的影像光上发生鬼像的情况。
以上，对于第1实施方式进行了说明，然而可以对该第1实施方式进行各种的变更。以下示出变形的一例。
(1)在上述的第1实施方式中，示出了半透过型反射片20的反射层25仅形成在单位光学形状30的第1面30a的一部分上的例子，然而不限于该例。由于反射层25为半透半反镜而具有规定的透过率，因而反射层25可以形成在第1面30a的整个面上。
(2)在上述的实施方式中，示出了在半透过型反射片20的第2面30b上形成有光吸收层26的例子，然而不限于此，也可以采用不设置光吸收层的方式。例如，在第1面30a的反射层25并非形成为单面镜状，而形成为完全反射的反射镜状的情况下，不存在透过反射层25的影像光，因此不必特别设置光吸收层，能够提高半透过型反射片20的制造效率，或者降低制造成本。
(3)在上述的第1实施方式中，示出了半透过型反射片20的反射层25是半透半反镜状的例子，然而不限于此，例如可以以使得光的透过率低于而反射率高于半透半反镜状的方式形成反射层。这种情况下，外界的光透过反射层25的量虽然减少，而由于从第1面30a的未形成有反射层25的部分透过到观察者侧，因此能够使将显示装置1安装在头部上的观察者视觉确认到外界的光，并且能够更为鲜明地使其视觉确认到影像光。
(4)在上述的实施方式中，说明了半透过型反射片20包含导光部15b，还作为导光板发挥功能的示例，然而并不限定于此。例如，如图4所示，半透过型反射片20可以作为不对来自显示装置1的影像源11的影像光进行引导而在第1面30a上直接将其反射到观察者侧的反射片发挥功能。即，图4的半透过型反射片20包括入光部15a和与入光部15a邻接的光学形状部15c。在该示例中，第1面30a的角度α优选形成在5°≦α≦35°的范围内，单位光学形状30的高度h优选形成在5μm≦h≦700μm的范围内，单位光学形状30的排列间距P优选形成在50μm≦P≦1000μm的范围内。
(5)此外，本发明还可应用于在汽车等的前窗上搭载的平视显示器或使背景等的外界的光透过的屏幕等中。
(6)进而，在将半透过型反射片应用于合路器等的大型的虚像投影中的情况下，单位光学形状可以形成为菲涅尔透镜形状。
(7)在上述的实施方式中，示出了在半透过型反射片20中将第1全反射面20b和供影像光射入的面形成在同一面内的例子，然而并不限定于此，第1全反射面和供影像光射入的面也可以形成为不同的面。此外，在上述的实施方式中，示出了在半透过型反射片20中，将第1全反射面20b和供影像光射出的面形成在同一面内的例子，然而并不限定于此，第1全反射面和供影像光射出的出光面也可以形成为不同的面。
＜第2实施方式＞
下面，说明第2实施方式的显示装置1。第2实施方式对上述第1实施方式的与单位光学形状30和光吸收层26相关的结构进行了变更，在以下说明的事项与第1实施方式不同。另一方面，对于第2实施方式的以下未说明的事项，能够与第1实施方式同样地构成。
如图5所示，第2实施方式的半透过型反射片20具有在第1实施方式中说明的第1光学形状层22、第2光学形状层23、接合层24和基材部21。如图5和图6所示，第1光学形状层22的单位光学形状30具有第1面30a和第2面30b。在图示的例子中，反射层25形成在第1面30a的整个面上。另一方面，在第2面30b上未设置有光吸收层26。第1光学形状层22和第2光学形状层23通过第2面30b接触，从而形成界面。
另外，如在第1实施方式中说明的那样，第1光学形状层22和第2光学形状层23基本上由相同的材料等形成，由此两层的折射率能够形成为相等，然而有时会产生微小的折射率差(例如，1/1000以下)。并且，例如在第1光学形状层的折射率大于第2光学形状层的折射率的情况下，如图7所示，透过第1光学形状层的外界的光的一部分G210会在第2面上全反射，以相对于出光面的法线方向略微倾斜的状态到达观察者侧。此外，在第1光学形状层的折射率小于第2光学形状层的折射率的情况下，如图8所示，透过了第1光学形状层和第2光学形状层的外界的光的一部分G211会在第2面上全反射，以相对于出光面的法线方向略微倾斜的状态到达观察者侧。这样，如果外界的光以相对于出光面的法线方向略微倾斜的状态到达观察者侧，则会在向正面方向射出的外界的光G20的附近射出该略微倾斜的状态的外界的光G210或光G211，会产生双重像、即所谓的鬼像，被观察者视觉确认到的外界的光变得不鲜明。
于是，第2实施方式的半透过型反射片20为了消除上述的鬼像发生的问题，而如图6所示，在第2面30b上设置有细微的凹凸形状。这样，在第2面30b上设置有细微的凹凸形状，由此能够抑制从导光板20的背面侧射入的外界的光中的射入第2面30b的光在第2面30b上进行全反射。由此，导光板20能够抑制发生上述鬼像，被观察者视觉确认到的外界的光变得不鲜明的情况。
如图6所示，相对于第2面30b凸出而在铅直方向(Z方向)上延伸的多个单位形状31沿第2面30b在导光板20的厚度方向(Y方向)上排列，从而构成该细微的凹凸形状。
第2实施方式的单位形状31的与其排列方向(导光板20的厚度方向、Y方向)平行且与单位光学形状30的排列方向(X方向)平行的剖面(XY面)的剖面形状形成为三角形形状或对三角形的角进行倒角而成的形状。单位形状31具有斜面31a和与斜面31a对置的斜面31b。为了更加效率良好地避免上述的鬼像发生，在设单位形状31的排列间距为P2，设单位形状31的底部b到顶部p的距离(高度)为h2，设高度h2与间距P2的纵横比为A＝h2/P2时，该细微的凹凸形状优选满足以下的式(1)。另外，单位形状31的底部b到顶部p的距离(高度)h2是整体观察时所把握的沿第2面30的法线方向的高度、换言之是沿与在半透过型反射片的主切面上将单位光学形状30的顶部t与谷部v连结起来的直线垂直的方向的高度。
式(1)0.05≦A≦0.5
这样，单位光学形状30形成为满足上述式(1)，由此使得从导光板20的背面侧射入的外界的光中的射入第2面30b的光的一部分通过细微的凹凸形状而扩散，另一部分不在第2面30b上全反射，而向从观察者的正面离开的位置射出(参见图9的G22)。由此，本实施方式的导光板20能够抑制上述的鬼像的发生，使得到达观察者侧的外界的光变得鲜明。假如，纵横比A小于0.05的情况下，外界的光容易在第2面30b上全反射，导致鬼像发生的抑制效果降低，因而并不优选。此外，在纵横比A大于0.5的情况下，存在一部分影像光射入斜面31b的可能性，因而并不优选。另外，基于充分抑制作为上述的鬼像发生的要因的全反射的观点，第2面30b的单位形状31的斜面31a和31b的比率优选在30％以上。此外，在第2实施方式中，示出了单位形状31的排列间距P2和高度h2为恒定的例子，然而并不限定于此，排列间距P2和高度h2可以根据第2面30b的位置发生变动。
这里，如图6所示，在设斜面31a与导光板20的出光面(XZ面)的法线方向构成的角度为θ1，设斜面31b与导光板20的出光面(XZ面)的法线方向所成的角度为θ2，设第1光学形状层22或第2光学形状层23的折射率为n时，角度θ1和角度θ2分别优选在{arcsin(1/n)}/2以上，此外，更优选在arcsin(1/n)以上。这样，角度θ1、角度θ2分别满足上述范围，由此能够更可靠地抑制外界的光在斜面31a、斜面31b上进行全反射。由此，能够抑制从观察者的左右端侧(-X侧端部、+X侧端部)射入的外部的光到达观察者的正面侧，能够更有效地抑制鬼像的发生。第2实施方式的单位形状31的排列间距P2是1μm，高度h2形成为0.18μm、即纵横比是A＝0.18，形成为θ1＝θ2＝约19.8°。
在第2实施方式中，来自影像源11的影像光L21与上述第1实施方式同样地被观察者视觉确认到。另一方面，在第2实施方式中，如图5所示，外界的光从导光板20的背面侧(+Y侧)的入光面(第2全反射面)20c射入导光板20内。射入该导光板20内的外界的光中的一部分光射入第1面30a的反射层25，另一部分通过反射层25而向半透过型反射片20的背面侧反射，如图5所示，而另一部分G21透过形成为半透半反镜状的反射层25，从出光面(第1全反射面)20b朝向观察者的眼睛E(正面)射出。此外，射入第2面30b的外界的光的一部分通过细微的凹凸形状而扩散，绝大部分都不会到达观察者侧。此外，如图9所示，另一部分G22不进行全反射而透过第2面30b，从出光面(第1全反射面)20b朝向离开观察者的正面的位置射出，不会被观察者视觉确认到。进而，在第1光学形状层22的折射率大于第2光学形状层23的情况下，以射入角度相对于第1光学形状层22的背面(+Y侧的面)较大的状态射入的外界的光G23在第2面30b(斜面31b)上全反射，该光也从出光面(第1全反射面)20b朝向离开观察者的正面的位置射出，不会被观察者视觉确认到。
下面，说明第2实施方式的半透过型反射片20的制造方法。图10是说明第2实施方式的导光板20的制造方法的图。图10的各图是表示到制造导光板20之前的过程的图。
首先，如图10(a)所示，使用被设置有与单位光学形状30对应的形状的模具，通过挤压成形法或注射成形法等形成构成导光板20的第1光学形状层22。接着，如图10(b)所示，在单位光学形状30的第1面30a上通过真空蒸镀法对铝进行蒸镀而形成反射层25。另外，反射层25可以通过涂布含有光反射材料的涂料等而形成。
接着，如图10(c)所示，在第1光学形状层22的形成有单位光学形状30的一侧的面上填充构成第2光学形状层23的树脂，通过形成有平坦面的模具对其按压，在使其硬化后进行起模等，由此形成第2光学形状层23。进而，如图10(d)所示，将在该单位光学形状30上形成的第2光学形状层23与平板状的基材部21通过接合层24而贴合起来，完成依次层叠有基材部21、接合层24、第2光学形状层23和第1光学形状层22的层叠体。并且，最后将该层叠体裁断为规定的形状，然后对+X侧(形成有单位光学形状的一侧的相反侧)的背面侧(-Y侧)的角部进行加工而形成反射面20a，在该反射面20a上通过真空蒸镀法等对铝进行蒸镀等以形成反射膜27。由此，导光板20完成。
综上，第2实施方式的半透过型反射片20在第2面30b上形成有细微的凹凸形状，因此能够抑制从导光板20的背面侧射入的外界的光中的射入第2面30b的光在第2面30b上全反射，能够使其向离开观察者的正面的位置射出。由此，本实施方式的导光板20可抑制在透过的外界的光上产生鬼像，被观察者视觉确认到的外界的光变得不鲜明的情况。
此外，在设构成细微的凹凸形状的单位形状31的排列间距为P2，单位形状31的底部b与顶部p之间的距离为h2，它们的纵横比为A＝h2/P2时，第2实施方式的半透过型反射片20满足0.05≦A≦0.5。由此，能够效率更为良好地抑制射入第2面30b的光大多在第2面30b上全反射，能够使其向离开观察者的正面的位置射出。
以上，对于第2实施方式进行了说明，然而可以对该第2实施方式进行各种的变更。以下示出变形的一例。
(1)在上述第2实施方式中说明的第2面30b的凹凸形状仅为一例。这里，图11和图12是表示第2面的形状的变形例的图。图11和图12是与图6对应的图。
在上述的第2实施方式中，说明了构成第2面30b的细微的凹凸形状的单位形状31的与XY面平行的剖面的剖面形状形成为大致三角形状的示例，然而并不限定于此。单位形状31例如图11所示，该剖面形状也可以形成为波状(正弦波状)。这种情况下，单位形状31由曲面31a和曲面31b构成，曲面31a与导光板20的出光面(XZ面)的法线方向构成的平均角度可以为上述的θ1，曲面31b与导光板20的出光面(XZ面)的法线方向构成的平均角度可以为上述的θ2。
此外，如图12所示，单位形状31的剖面形状可以形成为梯形状。这种情况下，单位形状31由斜面31a、斜面31b和在两斜面之间形成的平坦面31c构成，斜面31a与导光板20的出光面(XZ面)的法线方向构成的角度可以为上述的θ1，斜面31b与导光板20的出光面(XZ面)的法线方向构成的角度可以为θ2。将细微的凹凸形状的单位形状31形成为图11和图12所示的方式，也能够得到与上述的半透过型反射片20同样的效果。
(2)在上述的第2实施方式中，示出了将第2面30b的角度β设定为90°的例子，然而不限于这种示例，可以按照规定的角度(例如，2×α以内)倾斜。通过这样构成，不会妨碍影像光在第1面30a上的射入，能够效率更为良好地抑制鬼像的发生。
(3)在上述的第2实施方式中，示出了半透过型反射片20的反射层25形成在单位光学形状30的第1面30a的整个面上的例子，然而不限于这种示例。反射层25也可以仅被设置在单位光学形状30的第1面30a的一部分上。
(4)可以将与作为上述的第1实施方式的变形例而说明的(3)～(7)同样的变形例应用于第2实施方式。
＜第3实施方式＞
下面，说明第3实施方式的显示装置1。第3实施方式对与上述第1实施方式的单位光学形状30和光吸收层26有关的结构进行了变更，并且对与上述第2实施方式的单位光学形状30有关的结构进行了变更，在以下说明的事项与第1实施方式不同。另一方面，对于在第3实施方式的以下未说明的事项，可以与第1实施方式或第2实施方式相同地构成。
如图13所示，第3实施方式的半透过型反射片20具有在第1和第2实施方式中说明的第1光学形状层22、第2光学形状层23、接合层24和基材部21。如图13和图14所示，第1光学形状层22的单位光学形状30具有第1面30a和第2面30b。在图示的例子中，反射层25形成在第1面30a的整个面上。另一方面，在第2面30b上未设置有光吸收层26。第1光学形状层22和第2光学形状层23通过第2面30b接触，从而形成界面。此外，第2面30b相对于第2光学形状层23的法线方向倾斜。即，第2面30b相对于ZX平面倾斜，并且相对于半透过型反射片20的出光面20b和半透过型反射片20的片面倾斜。第2面30b相对于第2光学形状层23的法线方向(Y方向)的倾斜角度设为
Figure BDA0001304142150000181
第2面30b相对于半透过型反射片20的法线方向倾斜。
第3实施方式的半透过型反射片20为了消除上述的鬼像发生的问题，在设第1光学形状层22和第2光学形状层23的折射率中的高折射率为n1，设低折射率为n2时，以使得与上述的角度α、角度
Figure BDA0001304142150000182
的关系满足下式(2)的方式形成单位光学形状。
式(2)
Figure BDA0001304142150000183
通过如上以满足上述式(2)的方式形成单位光学形状30，由此在外界的光射入第2面30b的情况下，如图14所示的外界的光G32那样，不进行全反射，而到达观察者侧，能够抑制上述的鬼像的发生，能够使到达观察者侧的外界的光变得鲜明。如果角度
Figure BDA0001304142150000184
小于arccos(n2/n1)的情况下，射入第2面30b的外界的光容易在第2面30b上全反射，因而并不优选。此外，角度
Figure BDA0001304142150000186
大于2×α的情况下，射入第1面30a的影像光的一部分会射入第2面30b，因而并不优选。
这里，在角度
Figure BDA0001304142150000185
小于2×α的情况下，影像光在透过了反射层25后，有时会射入邻接的单位光学形状30的反射层25而反射。这种情况下，在通过第2面30b(第1光学形状层22和第2光学形状层23的界面)时会由于两层的折射率差而使得影像光发生折射，相比于不透过反射层25而反射的影像光，光的角度可能会稍微偏离，存在产生些许双重像的可能性。因此，如图14所示，第2面30b更优选形成为与射入反射层25的影像光L31平行、即使得第2面的角度
Figure BDA0001304142150000187
满足
Figure BDA0001304142150000188
由此，导光板20在从影像源11被投射的影像光透过反射层25的情况下，也能够防止该光射入邻接的单位光学形状30的反射层25(参见图14的L32)，能够避免产生上述的双重像。
在第3实施方式的显示装置1中，射入单位光学形状30的影像光中的一部分影像光L31如图13所示，射入第1面30a的反射层25而向相对于第1全反射面20b大致垂直的方向(-Y方向)反射，从出光面(第1全反射面)20b向观察者的眼睛E射出。此外，其他的影像光透过形成为半透半反镜状的反射层25而射入单位光学形状30内，其中的绝大部分都从半透过型反射片20的背面侧射出。
外界的光从半透过型反射片20的背面侧(+Y侧)的入光面(第2全反射面)20c射入半透过型反射片20内。该射入半透过型反射片20内的外界的光中的一部分光射入第1面30a的反射层25，另一部分通过反射层25而向半透过型反射片20的背面侧反射，而其他的一部分G31如图13所示，透过形成为半透半反镜状的反射层25，从出光面(第1全反射面)20b向观察者的眼睛E射出。此外，其他的外界的光G32不进行全反射而透过第2面30b，从出光面(第1全反射面)20b向观察者的眼睛E射出。
在第3实施方式说明的半透过型反射片20能够与在上述第2实施方式说明的半透过型反射片同样地制造出来。
如上所述，第3实施方式的半透过型反射片20在第1面30a上形成有使影像光的一部分透过而反射其他的影像光的半透过型的反射层25，以使得第1面30a的角度α与第2面30b的角度
Figure BDA0001304142150000191
的关系满足
Figure BDA0001304142150000192
的方式形成单位光学形状30。由此，第3实施方式的半透过型反射片20能够抑制影像光射入第2面30b，并且在第1光学形状层22和第2光学形状层23之间产生了折射率之差的情况下，能够抑制外界的光在第2面30b上全反射。由此，能够抑制从导光板20的出光面被视觉确认到的外界的光成为双重像的所谓鬼像的发生，能够抑制外界的光变得不鲜明的情况。
作为第3实施方式的半透过型反射片20，在设第1光学形状层22和第2光学形状层23的折射率中的高折射率为n1，设低折射率为n2时，优选以满足
Figure BDA0001304142150000193
Figure BDA0001304142150000194
的方式形成单位光学形状30。由此，第3实施方式的半透过型反射片20能够根据第1光学形状层22与第2光学形状层23的折射率差形成最佳的单位光学形状30，能够效率更高地抑制鬼像的发生。
(1)在上述的第3实施方式中，可以在第2面30b的表面上形成细微的凹凸形状，并使得第2面30b的表面变得粗糙。进而，还可以将在第2实施方式说明的半透过型反射片的第2面应用于第3实施方式。根据这种半透过型反射片20，透过反射层25的影像光在射入第1光学形状层22而射入第2面30b的情况下，能够在第2面30b上使其扩散，可抑制在观察者侧被视觉确认到的情况。
(2)可以将与作为上述第2实施方式的变形例而说明的项目(1)～(4)同样的变形例应用于第3实施方式。
以上，关于本发明的第1～第3实施方式进行了说明，然而本发明不被限定于前述实施方式，可进行各种的变形或变更，这些变形或变更也属于本发明的技术范围内。此外，实施方式所述的效果仅列举出了本发明产生的最优选效果，本发明的效果不限于实施方式中所述的内容。另外，前述多个实施方式及它们的变形例可适当组合起来使用，在此省略详细说明。

Claims (3)

1.一种半透过型反射片，其具有：
第1光学形状层，其具有多个单位光学形状；以及
第2光学形状层，其在所述第1光学形状层上从由所述单位光学形状形成的面侧层叠而成，
所述单位光学形状具有：第1面，其相对于所述第2光学形状层的出光侧面倾斜，该出光侧面朝向所述第1光学形状层的相反侧；以及第2面，其不与所述出光侧面平行，
对在所述半透过型反射片内行进的影像光的至少一部分进行反射的反射层被设置在所述第1面上，
在所述第2面上形成有凹凸形状。
2.根据权利要求1所述的半透过型反射片，其中，
所述凹凸形状包含沿所述第2面排列的多个单位形状，
在与所述多个单位光学形状的排列方向和所述半透过型反射片的法线方向平行的剖面上，设所述单位形状的排列间距为P2，设所述单位形状的底部与顶部之间的距离为h2时，满足下式：
0.05≦h2/P2≦0.5。
3.一种显示装置，其具有：
权利要求1或2所述的半透过型反射片；以及
影像源，其对所述半透过型反射片投射影像光。
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