CN115190983A - 玻璃板 - Google Patents

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村田隆
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Abstract

本发明提供在作为头戴式显示器等眼镜型设备的导光板而使用的情况下能够抑制杂散光的产生的玻璃板。玻璃板(1)具有对置的第一主面(1a)与第二主面(1b)以及将所述第一主面(1a)与所述第二主面(1b)连接的端面(1c)，该玻璃板1的折射率(nd)为1.6～2.2，在所述端面(1c)的至少一部分具有圆角形状，所述端面(1c)的表面粗糙度Ra为100nm以下。

Description

玻璃板
技术领域
本发明涉及作为可穿戴图像显示设备的导光板等而使用的玻璃板。
背景技术
近年来，开发有头戴式显示器等眼镜型设备。在该眼镜型设备中有时使用具有透过性的导光板。例如，能够一边看到外部的景色一边看到在导光板显示的影像的透视型的设备也正在进行开发。另外，也能够通过在与用户的左右的眼睛对应的导光板显示不同的影像从而实现3D显示，或者利用眼睛的晶状体与视网膜结合从而在用户的视网膜直接投射影像。
作为使用了导光板的影像的显示方法，存在如下方法：利用在导光板上的入射侧表面形成的衍射光栅，使从图像显示元件发出的准直光、激光向导光板内部入射，使该入射的光在导光板内部一边进行全反射一边进行导波，并利用在出射侧表面形成的衍射光栅将光向外部取出，并使其向用户的眼睛入射。在导光板表面形成的衍射光栅需要纳米级的精度，在其形成中使用纳米压印的情况较多。作为导光板材料而主要使用的丙烯酸树脂由于产生全反射的最小入射角大，因此光难以在导光板内部一边反复全反射一边传播。另外，由于树脂刚性较差，因此难以实施高精细的纳米压印。因此，提出了将高折射率且在刚性方面优异的玻璃板用作导光板(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-32673号公报
发明内容
发明要解决的课题
有时入射到导光板内部的光中的、偏离适当的导波路径的一部分光成为杂散光。若该杂散光混入出射光则有时产生数字图像的紊乱。
鉴于以上，本发明的目的在于提供在作为头戴式显示器等眼镜型设备的导光板而使用的情况下能够抑制杂散光的产生的玻璃板。
用于解决课题的方案
本发明的玻璃板具有对置的第一主面与第二主面以及将第一主面与第二主面连接的端面，所述玻璃板的特征在于，折射率(nd)为1.6～2.2，在端面的至少一部分具有圆角形状，端面的表面粗糙度Ra为100nm以下。玻璃板通常通过将玻璃母材切削加工成规定的形状以及厚度而得到。在该情况下，如后述那样，入射到玻璃板内部的光中的到达玻璃板端面的光在玻璃板的端面进行全反射而容易成为杂散光。另一方面，在玻璃板的端面的至少一部分具有圆角形状的情况下，到达玻璃板端面的光容易从该端面向外部出射。另外，端面的表面粗糙度Ra小到100nm以下，因此抑制到达玻璃板端面的光在该端面散射，其结果是，容易从该端面高效地向外部出射。
优选的是，在本发明的玻璃板中，端面整体为圆角形状。如此一来，在玻璃板内部进行了导波的光中的到达玻璃板端面的光更进一步容易从端面向外部出射。
优选的是，在本发明的玻璃板中，第一主面与第二主面的距离的最大值与最小值之差为5μm以下。如此一来，入射到玻璃板内部的各波长的光在第一以及第二主面反复进行全反射并准确地进行导波，因此得到的图像容易变得鲜明。
优选的是，在本发明的玻璃板中，第一主面以及第二主面的表面粗糙度Ra为10nm以下。如此一来，在入射到玻璃板内部的光在第一以及第二主面反复进行全反射并进行导波时不易产生散射损失，容易得到明亮且鲜明的图像。
优选的是，在本发明的玻璃板中，厚度为0.5mm以下。在如此玻璃板的厚度较小的情况下，玻璃板的重量变小，因此将该玻璃板作为导光板而使用的可穿戴图像显示设备的重量变小，能够减少设备佩戴时的不适感。
优选的是，在本发明的玻璃板中，作为玻璃组成而含有SiO2、B2O3、La2O3以及Nb2O5。
优选的是，在本发明的玻璃板中，在第一主面以及第二主面的至少一者形成有凹凸结构。如此一来，凹凸结构起到作为衍射光栅的作用，能够使从图像显示元件发出的光向玻璃板内部入射或者将在玻璃内部进行了导波的光向外部取出。
本发明的导光板的特征在于，由上述的任一个玻璃板构成。
优选的是，本发明的导光板在从带投影仪的眼镜、眼镜型或者护目镜型显示器、虚拟现实(VR)或者增强现实(AR)显示装置以及虚像显示装置选择的可穿戴图像显示设备中使用。
本发明的可穿戴图像显示设备具备上述任一个导光板。
发明效果
根据本发明，能够提供在作为头戴式显示器等眼镜型设备的导光板而使用的情况下能够抑制杂散光的产生的玻璃板。
附图说明
图1是示出本发明的一实施方式的玻璃板的一部分的示意性侧视图。
图2是示出本发明的其他实施方式的玻璃板的一部分的示意性侧视图。
图3是示出比较例的玻璃板的一部分的示意性侧视图。
具体实施方式
以下，使用附图对本发明的玻璃板的实施方式进行说明。但是，本发明并不限定于以下的实施方式。
图1是示出本发明的一实施方式的玻璃板的一部分的示意性侧视图。玻璃板1具有对置的第一主面1a与第二主面1b以及将第一主面1a与第二主面1b连接的端面1c。玻璃板的平面形状没有特别限定，例如，可以举出矩形等多边形、圆形、椭圆形等。
玻璃板1的端面1c在至少一部分具有圆角形状。由此，入射到玻璃板1内部的光中的到达玻璃板1端面的光容易从端面1c向外部出射。关于这一点，使用图1以及图3在以下详细地说明。
如图1所示，入射光L0从玻璃板1a的第一主面1a向玻璃板1内部入射。在第一主面1a中的供入射光L0入射的区域形成有作为衍射光栅而发挥功能的凹凸结构2。入射光L0通过凹凸结构2从而沿玻璃板1a的宽度方向改变方向，并作为光L1而在玻璃板1的第一主面1a与第二主面1b之间一边反复进行全反射一边进行导波。这里，入射光L0中的一部分沿与光L1不同的方向作为光L2向端面1c方向出射。然而，端面1c具有圆角形状，因此光L2相对于端面1c的入射角θ1变小，光L2在端面1c未反射而是向外部出射。需要说明的是，对于作为衍射光栅而发挥功能的构件而言，除了凹凸结构2以外，例如也可以是刻线式的衍射光栅、全息衍射光栅等。
另一方面，图3是示出比较例的玻璃板的一部分的示意性侧视图。玻璃板11具有对置的第一主面11a与第二主面11b以及将第一主面11a与第二主面11b连接的端面11c。在玻璃板11中，端面11c不具有圆角形状而是成为平面形状，在该点上与玻璃板1不同。在玻璃板11中，端面11c不具有圆角形状而是成为平面形状，因此如图3所示，光L2相对于端面11c的入射角θ2变大，光L2在端面11c反射。之后L2也在玻璃板11内部反复进行反射并成为杂散光。
如以上所述，在本发明的一实施方式的玻璃板1中，在内部不易产生杂散光且作为头戴式显示器等导光板而使用的情况下，能够抑制数字图像的紊乱。
需要说明的是，图1所示的玻璃板1的端面1c整体成为圆角形状，该玻璃板1能够使到达端面1c的光高效地向外部出射。需要说明的是，玻璃板1并不限定于此，也可以如图2所示那样仅端面1c的一部分成为圆角形状。如此一来，在端面1c中的至少成为圆角形状的部位，能够使光向外部出射。
玻璃板1的端面1c(至少圆角形状部分)的表面粗糙度Ra为100nm以下，优选为小于70nm，优选为50nm以下，优选为40nm以下，优选为20nm以下，特别是优选为10nm以下。若端面1c的表面粗糙度Ra过大，则到达端面1c的光在端面1c处散射，其结果是，难以从端面1c向外部出射。端面1c的表面粗糙度Ra的下限没有特别限定，但现实来说为1nm以上。需要说明的是，在本发明中，表面粗糙度Ra指的是按照JIS B 0601(1994)而测定出的值。
玻璃板1的折射率(nd)为1.6～2.2，优选为1.8～2.1，优选为1.9～2.05，优选为1.95～2.03，特别是优选为1.98～2.01。若玻璃板1的折射率高，则玻璃板1内部的光向外部出射时的临界角(全反射的临界角)变小，难以从端面1c出射光，因此存在容易产生杂散光的倾向。因此，特别是在玻璃板1的折射率高的情况下容易享有本发明的效果。若折射率过低，则在作为带投影仪的眼镜、眼镜型或者护目镜型显示器、虚拟现实(VR)或者增强现实(AR)显示装置、虚像显示装置等可穿戴图像显示设备的导光板而使用的情况下，存在视场角变窄的倾向。另一方面，若折射率过高，则容易产生失透、波筋等缺陷。
玻璃板1的阿贝数(vd)没有特别限定，但考虑到玻璃化的稳定性，下限为20以上，优选为22以上，特别是优选为25以上，上限为35以下，优选为32以下，特别是优选为30以下。
玻璃板1的第一主面1a与第二主面1b的距离的最大值与最小值之差(TTV＝TotalThickness Variation)为5μm以下，优选为3μm以下，特别是优选为1μm以下。若TTV过大，则入射到玻璃板1内部的各波长的光难以在玻璃板1内部准确地进行导波，得到的图像的鲜明度容易降低。
玻璃板1的第一主面1a以及第二主面1b的表面粗糙度Ra为10nm以下，优选为5nm以下，优选为3nm以下，特别是优选为2nm以下。若玻璃板1的第一主面1a以及第二主面1b的表面粗糙度Ra过大，则入射到玻璃板1内部的光反复进行全反射并进行导波时容易产生散射损失，难以得到明亮且鲜明的图像。玻璃板1的第一主面1a以及第二主面1b的表面粗糙度Ra的下限没有特别限定，但现实来说为1nm以上。
玻璃板1的10mm厚的450nm下的内部透过率为90％以上，特别是优选为92％以上。如此一来，在使用有玻璃板1的可穿戴图像显示设备中，使用者所看到的像的明亮度容易提高。
玻璃板1是液相粘度为100.5dPa·s以上，优选为100.6dPa·s以上，优选为100.7dPa·s以上，特别是优选为100.8dPa·s以上。若液相粘度过低则需要以低粘度成形，因此特别是当成形尺寸变大时容易在玻璃中产生波筋等缺陷。液相粘度的上限没有特别限定，但现实来说为102.5dPa·s以下，为101.5dPa·s以下，特别是为101.2dPa·s以下。
玻璃板1的厚度为0.5mm以下，优选为0.4mm以下，特别是优选为0.3mm以下。若玻璃板1的厚度过大，则使用有玻璃板1的可穿戴图像显示设备的重量变大，设备佩戴时的不适感增加。需要说明的是，若玻璃板1的厚度过小则机械强度容易降低，因此下限为0.01mm以上，优选为0.02mm以上，优选为0.03mm以上，优选为0.04mm以上，特别是优选为0.05mm以上。
玻璃板1的平面形状的长轴(在为圆形的情况下是直径)为50mm以上，优选为80mm以上，优选为100mm以上，优选为120mm以上，优选为150mm以上，优选为160mm以上，优选为170mm以上，优选为180mm以上，优选为190mm以上，特别是优选为200mm以上。若玻璃板1的长轴过小，则难以用于可穿戴图像显示设备等用途。另外，还存在量产性较差的倾向。玻璃板1的长轴的上限没有特别限定，但现实来说为1000mm以下。
玻璃板1作为玻璃组成可以举出含有SiO2、B2O3、La2O3以及Nb2O5的玻璃组成。SiO2以及B2O3是提高玻璃化的稳定性、化学耐久性的成分。La2O3以及Nb2O5是显著提高折射率的成分。La2O3也有提高玻璃化稳定性的效果。通过含有这些成分，从而容易得到高折射率并且量产性优异的玻璃。作为具体的组成，可以举出以质量％计含有1～20％的SiO2、1～25％的B2O3、10～60％的La2O3以及1～30％的Nb2O5的组成。
需要说明的是，除了上述成分以外，还优选以质量％计含有作为提高折射率的成分的1～30％的TiO2、0～20％的Gd2O3。此外也可以含有Y2O3、ZrO2等。另一方面，As成分(As2O3等)、Pb成分(PbO等)以及氟成分(F2等)对环境负担较大，因此优选为实质上不含有。另外，Bi2O3以及TeO2为着色成分，容易使可见区的透过率降低，因此优选为实质上不含有。这里“实质上不含有”的意思是指不特意作为原料而含有，并不排除不可避免的杂质的混入。客观上来说，意思是指上述各成分的含有量小于0.1％。
凹凸结构2能够通过例如光刻法、使用了掩模的溅射法、在形成均匀的膜后使用激光来局部地蚀刻的方法、使用了模具的压印(imprint)法等来形成。
玻璃板1优选作为从带投影仪的眼镜、眼镜型或者护目镜型显示器、虚拟现实(VR)或者增强现实(AR)显示装置以及虚像显示装置选择的可穿戴图像显示设备的构成构件即导光板。该导光板在可穿戴图像显示设备的所谓的眼镜镜片部分中使用，并起到对从可穿戴图像显示设备所具备的图像显示元件发出的光进行导波而朝向使用者的眼睛出射的作用。
玻璃板1优选为多张层叠而作为层叠体使用。如此一来，在将玻璃板1作为可穿戴图像显示设备的导光板而使用的情况下，能够在显示画面的进深方向上将影像重叠投影，能够得到3D影像。层叠张数为3张以上，特别是优选为6张以上。
实施例
以下，使用实施例来对本发明进行详细说明，但本发明并不限定于这些实施例。
表1示出在实施例中制作的玻璃板的组成以及特性。
[表1]
Figure BDA0003820230920000081
将原料调合以成为表1所示的各玻璃组成，并使用铂釜以1250～1350℃进行2～12小时的熔融。使得到的熔融玻璃向碳框内流出并成形。之后，在以720～780℃保持2～48小时后以1℃/分降温至室温，从而得到玻璃母材。
关于得到的玻璃母材，对折射率(nd)、内部透过率、液相粘度进行了测定。将结果表示在表1中。
折射率以使用岛津制作所制KPR-2000对氦灯的d线(587.6nm)的测定值来表示。
内部透过率如以下那样进行了测定。关于进行了光学研磨的厚度为10mm±0.1mm与5mm±0.1mm的玻璃试样，使用分光光度计(株式会社岛津制作所制UV-3100)以0.5nm间隔测定了包含表面反射损失在内的透光率(直线透过率)。基于得到的测定值，根据以下的数学式计算出厚度10mm条件下的内部透过率τ10。需要说明的是，在表中示出波长450nm条件下的内部透过率的值。
logτ10＝-{(logT5-logT10)/Δd}×10(％)
T5：厚度5mm±0.1mm的玻璃试样的透光率
T10：厚度10mm±0.1mm的玻璃试样的透光率
Δd：两玻璃试样的厚度差
液相粘度如以下那样进行了测定。利用电炉以1200℃-0.5小时的条件将玻璃母材再熔融之后，利用具有温度梯度的电炉保持了18小时之后，从电炉中取出并在空气中放置冷却，并利用光学显微镜求出失透物的析出位置，从而对液相温度进行了测定。另外将玻璃母材向氧化铝制坩埚投入，并进行了加热熔解。关于得到的玻璃熔液，利用铂球提拉法求出多个温度条件下的玻璃的粘度。接着，使用玻璃粘度的计测值，计算出Vogel-Fulcher式子的常数而制作了粘度曲线。使用得到的粘度曲线以及在上述中求出的液相温度，求出相当于液相温度的粘度(液相粘度)。
在将上述的玻璃母材切削加工为
Figure BDA0003820230920000091
厚度0.5mm的板状之后，利用外径不同的一对研磨垫夹住两主面，使板状玻璃母材与一对研磨垫一起旋转并且对板状玻璃母材的两主面进行研磨处理。而且，通过研磨机并使用研磨粉将板状玻璃母材的端面研磨加工成圆角形状。具体而言，如图1所示那样端面整体研磨加工成圆角形状。如此一来，得到厚度0.2～0.5mm的玻璃板。
使用神钢科研制的SBW-331ML/d对如上述那样得到的玻璃板的两主面的距离的最大值与最小值之差TTV进行了测定。另外，使用原子力显微镜(AFM)对玻璃板的主面以及端面的表面粗糙度Ra进行了测定。将结果表示在表1中。
接着，利用光刻法在玻璃板的一方的主面上形成由SiO2构成的周期性的凹凸结构，并且利用树脂对凹凸结构的间隙进行填充。层叠6张所得到的玻璃板从而得到层叠体。
在将如此得的层叠体作为头戴式显示器等的导光板而使用的情况下，由于导光板端部成为圆角形状，因此杂散光容易从该端部向外部穿出。其结果是，能够得到抑制了由杂散光导致的数字图像的紊乱的3D影像。
工业实用性
本发明的玻璃板优选作为在从带投影仪的眼镜、眼镜型或者护目镜型显示器、虚拟现实(VR)或者增强现实(AR)显示装置以及虚像显示装置选择的可穿戴图像显示设备中使用的导光板。
附图标记说明
1、11 玻璃板
1a、11a 第一主面
1b、11b 第二主面
1c、11c 端面
2 凹凸结构。

Claims (10)

1.一种玻璃板，具有对置的第一主面与第二主面以及将所述第一主面与所述第二主面连接的端面，
所述玻璃板的特征在于，
折射率(nd)为1.6～2.2，在所述端面的至少一部分具有圆角形状，所述端面的表面粗糙度(Ra)为100nm以下。
2.一种玻璃板，其特征在于，
所述端面整体为圆角形状。
3.根据权利要求1或2所述的玻璃板，其特征在于，
所述第一主面与所述第二主面的距离的最大值与最小值之差为5μm以下。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的玻璃板，其特征在于，
所述第一主面以及所述第二主面的表面粗糙度(Ra)为10nm以下。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的玻璃板，其特征在于，
厚度为0.5mm以下。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的玻璃板，其特征在于，
作为玻璃组成而含有SiO2、B2O3、La2O3以及Nb2O5。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的玻璃板，其特征在于，
在所述第一主面以及所述第二主面的至少一者形成有凹凸结构。
8.一种导光板，其特征在于，
所述导光板由权利要求1～7中任一项所述的玻璃板构成。
9.根据权利要求8所述的导光板，其特征在于，
所述导光板在从带投影仪的眼镜、眼镜型或者护目镜型显示器、虚拟现实(VR)或者增强现实(AR)显示装置以及虚像显示装置选择的可穿戴图像显示设备中使用。
10.一种可穿戴图像显示设备，其特征在于，
所述可穿戴图像显示设备具备权利要求8或9所述的导光板。
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