CN116583767A - 导光板 - Google Patents
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Abstract
本发明提供在用作AR/MR用可穿戴设备等眼镜型设备的导光板的情况下能够提高图像的颜色再现性的导光板。一种导光板(10)，具备玻璃板(1)以及形成于玻璃板(1)的主面的树脂层(2)，其特征在于，玻璃板(1)以及树脂层(2)的阿贝数vd之差小于10，玻璃板(1)以及树脂层(2)的折射率nd为1.7以上，并且玻璃板(1)与树脂层(2)的折射率之差为1.0以下。
Description
技术领域
本发明涉及在AR(增强现实)/MR(混合现实)用可穿戴设备等眼镜型设备中使用的导光板。
背景技术
近年来，正开发AR/MR用可穿戴设备等眼镜型设备。该眼镜型设备是能够一边观看外部的景色一边观看在眼镜部分的导光板显示的映像的透视型的设备。在这种透视型设备中，通过在与用户的左右的眼睛对应的导光板显示不同的映像从而实现3D显示，或者利用眼睛的晶状体成像在视网膜上，从而也能够向用户的视网膜直接投射映像。
作为使用了导光板的映像的显示方法，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，将该入射了的光在导光板内部一边全反射一边进行波导，利用形成于出射侧表面的衍射光栅将光向外部取出，并向用户的眼睛入射。作为导光板，提出如下导光板：利用树脂涂覆了高折射率且刚性优异的玻璃板的表面之后利用纳米压印来形成高精细的衍射光栅(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2020-8599号公报
发明内容
发明要解决的课题
在将由利用树脂涂覆了的玻璃板构成的导光板用于AR/MR用可穿戴设备等眼镜型设备的情况下，有时无法颜色再现性良好地投影图像。
鉴于以上，本发明的目的在于提供在用作AR/MR用可穿戴设备等眼镜型设备的导光板情况下能够提高图像的颜色再现性的导光板。
用于解决课题的方案
本发明的导光板具备玻璃板以及形成于玻璃板的主面的树脂层，所述导光板的特征在于，玻璃板与树脂层的阿贝数vd之差小于10，玻璃板以及树脂层的折射率nd为1.7以上，并且玻璃板与树脂层的折射率nd之差为1.0以下。
本发明的导光板具备玻璃板以及树脂层，且各自具有与各材质相应的折射率。这里，当玻璃板与树脂层的折射率差小时，能够抑制两者的界面处的光散射。但是，各材料的折射率存在波长依赖性，因此有时根据波长而折射率差不同。例如即使在某波长时玻璃板与树脂层的折射率差小，能够抑制两者的界面处的光散射，但有时在别的波长时玻璃板与树脂层的折射率差大，两者的界面处的光散射变大。因此，本发明人着眼于成为折射率波长依赖性的指标的阿贝数vd，发现通过使玻璃板与树脂层的阿贝数νd之差如上述那样小，从而能够解决所述课题。具体而言，若减小玻璃板与树脂层的阿贝数νd之差，则两者的折射率波长依赖性曲线的斜率之差变小，因此各波长时的折射率差的波动变小，其结果是，能够抑制各波长时的两者的界面处的光散射。由此，能够提高图像的颜色再现性。
另外，本发明的导光板由于玻璃板与树脂层的折射率nd之差为1.0以下，因此玻璃板与树脂层的折射率差变小，两者的界面处的光散射损失难以产生。
在本发明的导光板中，优选的是，玻璃板的厚度为0.1～1mm，树脂层的厚度为1μm以下。入射到导光板的光主要由于因玻璃板与树脂层的界面处的折射率差而产生的光散射所带来的损失以及在玻璃板、树脂层内部的吸收所带来的损失从而强度降低。在玻璃板、树脂层的厚度小的情况下，存在在其内部的吸收损失变小，玻璃板与树脂层的界面处的光散射损失的影响变得相对较大的倾向。因而，在玻璃板、树脂层的厚度如上述那样小的情况下容易享有本发明的效果。
在本发明的导光板中，优选的是，玻璃板的厚度10mm的情况下的波长450～650nm时的内部透过率为70％以上。如此一来，光在玻璃板内部进行波导时的吸收损失变小，能够提高出射光强度。
在本发明的导光板中，优选的是，波长450nm与波长650nm时的外部透过率之差为5％以下。如此一来，来自导光板的光出射强度的与波长相应的波动变小，图像的颜色再现性容易提高。
在本发明的导光板中，优选的是，玻璃板的主面的表面粗糙度Ra为5nm以下。如此一来，光在玻璃板的主面间反射而进行波导时，能够抑制玻璃板的主面处的光散射损失，能够提高出射光强度。
在本发明的导光板中，优选的是，在树脂层的表面形成有凹凸构造。如此一来，树脂层作为衍射光栅而发挥功能，能够使来自外部的光向玻璃板内部入射或者使玻璃板内部的光向外部出射。
在本发明的导光板中，优选的是，树脂层由光固化树脂构成。如此一来，能够容易地得到具有纳米级的形状的凹凸构造。
本发明的AR/MR用可穿戴设备的特征在于，具备上述任一个导光板。
发明效果
根据本发明，能够提供在用作AR/MR用可穿戴设备等眼镜型设备的导光板的情况下能够提高图像的颜色再现性的导光板。
附图说明
图1是示出本发明的导光板的一实施方式的示意性剖视图。
图2是示出实施例2的导光板以及玻璃板的透过率曲线的图表。
具体实施方式
以下，使用附图对本发明的导光板的实施方式进行说明。
图1是示出本发明的导光板的一实施方式的示意性剖视图。导光板10具备玻璃板1以及树脂层2。树脂层2包括树脂层2a以及2b，这些树脂层分别形成于玻璃板1的一方的主面。具体而言，树脂层2a形成于玻璃板1的光入射部的表面，树脂层2b形成于玻璃板1的光出射部的表面。在树脂层2a以及2b的表面形成有凹凸构造，由此作为衍射光栅而发挥功能。
从未图示的图像显示元件出射的光作为入射光L1而向导光板10入射。入射光L1被树脂层2a衍射而向玻璃板1内部入射。入射光L1一边在玻璃板1的两主面间全反射一边在玻璃板1内部波导到光出射部。入射光L1被形成于光出射部的树脂层2b衍射，作为出射光L2而向玻璃板1外部出射，并向人的眼睛入射。如此一来，能够看到从图像显示元件投射的映像。另外，导光板1自身透明且为透视型，因此也能够通过导光板1同时看到外部的景色。需要说明的是，入射光L1以及出射光L2为可见光，例如为波长400～800nm范围的光。
(玻璃板1)
玻璃板1的折射率(nd)优选为1.7以上，优选为1.8以上，优选为1.9以上，优选为1.95以上，特别优选为1.98以上。另一方面，玻璃板1的折射率的上限优选为2.1以下，优选为2.05以下，优选为2.03以下，特别优选为2.01以下。当玻璃板1的折射率过低时，在用作AR/MR用可穿戴设备等的导光板的情况下，有视场角(FOV)变窄的倾向。另一方面，当折射率过高时，容易产生失透、波筋等缺陷，内部透过率容易降低。
光学玻璃1的阿贝数没有特别限定，但由于折射率1.7以上的树脂的阿贝数大多为30以下，因此出于减小与树脂层2的阿贝数差的观点，光学玻璃1的阿贝数的下限优选为20以上，优选为22以上，特别优选为25以上，上限优选为30以下，特别优选为28以下。
玻璃板1的厚度优选为0.1mm以上，优选为0.15mm以上，特别优选为0.2mm以上，优选为lmm以下，优选为0.5mm以下，优选为0.4mm以下，特别优选为0.3mm以下。当玻璃板1的厚度过小时，机械强度容易降低。另一方面，当玻璃板1的厚度过大时，使用了玻璃板1的可穿戴设备的重量变大，有设备佩戴时的不快感增加的倾向。
玻璃板1的主面的长轴(矩形的情况下为对角线)的长度优选为100mm以下，优选为80mm以下，特别优选为50mm以下。如此一来，能够实现可穿戴设备的小型化。下限没有特别限定，但现实来说为10mm以上，特别为300mm以上。
需要说明的是，存在玻璃板1越紧凑(厚度、长轴越小)，则光在玻璃板1内部波导时的光路长越短而内部吸收损失越小，玻璃板1与树脂层2的界面处的光散射损失的影响变得相对较大的倾向。因而，玻璃板1的厚度如上述那样小的情况下容易享有本发明的效果。
玻璃板1的厚度10mm的情况下的波长450～650nm时的内部透过率优选为70％以上，优选为80％以上，优选为90％以上，特别优选为95％以上。如此一来，能够抑制光在玻璃板1内部波导时的吸收损失，能够提高出射光强度。
玻璃板1的第一主面1a以及第二主面1b的表面粗糙度Ra优选为5nm以下，优选为3nm以下，特别优选为2nm以下。当玻璃板1的第一主面1a以及第二主面1b的表面粗糙度Ra过大时，入射到玻璃板1内部的光反复进行全反射并进行波导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0.1nm以上。
玻璃板1的第一主面1a以及第二主面1b的距离的最大值与最小值之差(TTV＝Total Thickness Variation)优选为5μm以下，优选为3μm以下，特别优选为1μm以下。当TTV过大时，入射到玻璃板1内部的各波长的光难以在玻璃板1内部准确地进行波导，得到的图像的鲜明度容易降低。
玻璃板1优选为作为玻璃组成而含有提高玻璃化的稳定性的成分即SiO2、B2O3、提高折射率的成分即La2O3、Nb2O5。通过含有这些成分，容易得到高折射率并且量产性优异的玻璃。
以下，对各成分的优选的范围进行说明。需要说明的是，在以下的说明中，只要没有特别说明，“％”的意思是指“质量％”。
SiO2对于玻璃化是有效的，但其是大幅度降低折射率的成分。因而，SiO2的含有量优选为1～45％，特别优选为3～35％。
B2O3对于玻璃化是有效的，但由于其是提高阿贝数的成分，因此当其含有量过多时难以得到期望的阿贝数(例如30以下)。因此，B2O3的含有量优选为10％以下，特别优选为9.5％以下。下限没有特别限定，但为了提高玻璃化的稳定性而优选为1％以上，特别优选为2％以上。
需要说明的是，SiO2+B2O3的含有量优选为1～55％，特别优选为5～40％。需要说明的是，在本说明书中，“x+y+…”的意思是指各成分的总量。
La2O3显著提高折射率，另外是提高玻璃化的稳定性的成分。La2O3的含有量优选为0～60％，优选为10～55％，优选为20～52％，特别优选为30～50％。当La2O3的含有量过多时，存在耐失透性降低而量产性变差的倾向。
Nb2O5是显著提高折射率的成分。另外，具有使阿贝数降低的效果。Nb2O5的含有量优选为0～40％，优选为3～40％，特别优选为5～39％。
需要说明的是，La2O3+Nb2O5的含有量优选为20～70％，特别优选为30～65％。
此外，在La2O3、Nb2O5以外，能够作为提高折射率的成分而含有Gd2O3、Y2O3或者Yb2O3。
Gd2O3能够与La2O3同样地在玻璃中较多含有，但过多时玻璃密度变大。另外，容易失透。因而，Gd2O3的含有量优选为0～20％，特别优选为1～10％。
Y2O3以及Yb2O3的含有量分别优选为0～10％，特别优选为0.1～8％。当这些成分的含有量过多时容易失透。
通过使Ln2O3(Ln为从La、Gd、Y以及Yb中选择的至少一种)的含有量较多从而容易实现期望的高折射率(例如为1.7以上，为1.8以上，进一步为1.9以上)。但是，当Ln2O3的含有量过多时容易失透。因而，Ln2O3的含有量优选为40～65％，优选为45～63％，特别优选为48～60％。
除了上述成分以外，优选为含有有助于折射率提高的TiO2、ZrO2。
TiO2是提高折射率且降低阿贝数的成分。TiO2的含有量优选为5～40％，特别优选为10～30％。当TiO2的含有量过少时，难以得到上述效果。另一方面，当TiO2的含有量过多时，透过率降低或者玻璃化不稳定。
ZrO2也是提高折射率且降低阿贝数的成分。ZrO2的含有量优选为1～10％，特别优选为3～8％。当ZrO2的含有量过少时，难以得到上述效果。另一方面，当ZrO2的含有量过多时，透过率降低或者玻璃化不稳定。
此外，将玻璃化稳定性提高为目的，能够使碱金属成分(Li2O、Na2O或者K2O)、碱土类金属成分(MgO、CaO、SrO或者BaO)或者ZnO以总量计而含有0～30％。需要说明的是，碱金属成分能够以折射率、阿贝数的调整为目的而含有。具体而言，碱金属成分存在降低折射率以及阿贝数的倾向。碱成分的含有量优选为0～20％。
Sb2O3能够以澄清、透过率提高为目的而在0.1％以下的范围内含有。
As成分(As2O3等)、Pb成分(PbO等)以及氟成分(F2等)由于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，可见区的透过率容易降低，因此优选为实质上不含有。这里“实质上不含有”的意思是指有意地不作为原料而含有，不排除不可避免的杂质混入。客观来讲，意思是指上述各成分的含有量小于0.1％。
玻璃板1也可以多张层叠而用作层叠体。如此一来，在将玻璃板1用作可穿戴设备的导光板的情况下，能够在显示画面的深度方向上重叠地投影映像，能够得到3D映像。层叠张数优选为3张以上，特别优选为6张以上。
(树脂层2)
树脂层2的折射率(nd)优选为1.7以上，优选为1.8以上，优选为1.9以上，优选为1.95以上，特别优选为1.98以上。另一方面，树脂层2的折射率的上限优选为2.1以下，优选为2.05以下，优选为2.03以下，特别优选为2.01以下。如此一来，与玻璃板1的折射率差变小，玻璃板1与树脂层2的界面处的光散射损失难以产生。
玻璃板1与树脂层2的折射率(nd)之差优选为1.0以下，优选为0.5以下，优选为0.3以下，优选为0.2以下，特别优选为0.15以下。如此一来，与玻璃板1的折射率差变小，玻璃板1与树脂层2的界面处的光散射损失难以产生。
树脂层2的阿贝数考虑到与光学玻璃1的阿贝数差，例如，下限优选为10以上，优选为15以上，优选为20以上，特别优选为25以上，上限优选为45以下，优选为40以下，优选为35以下，特别优选为30以下。
玻璃板1与树脂层2的阿贝数(νd)之差优选为小于10，优选为8以下，优选为5以下，特别优选为3以下。如此一来，基于上述的理由，能够在各波长时抑制玻璃板1与树脂层2的界面处的光散射，能够提高图像的颜色再现性。
需要说明的是，作为图像的颜色再现性的指标，例如可以举出玻璃板1与树脂层2的层叠体即导光板10的波长450nm与波长650nm时的外部透过率(包括反射损失的透过率)之差。导光板10的波长450nm与波长650nm时的外部透过率之差优选为5％以下，优选为4％以下，优选为3％以下，特别优选为2.5％以下。如此一来，来自导光板10的光出射强度的与波长相应的波动变小，容易提高图像的颜色再现性。
树脂层2的厚度优选为5μm以下，优选为1μm以下，特别优选为0.5μm以下。当树脂层2的厚度过大时光吸收变大，来自导光板10的出射光强度容易降低。树脂层2的厚度的下限没有特别限定，但为了在表面形成期望的凹凸构造而优选为0.01μm以上，特别优选为0.1μm以上。需要说明的是，存在树脂层2的厚度越小，则树脂层2内部的吸收损失越小，玻璃板1与树脂层2的界面处的光散射损失的影响变得相对较大的倾向。因而，树脂层2的厚度在如上述那样小的情况下容易享有本发明的效果。
在树脂层2的表面形成凹凸构造的情况下，其高度以得到期望的衍射能力的方式适当设定即可。例如，凹凸构造的高度能够设为0.01～0.2μm，进一步能够设为0.03～0.1μm。
树脂层2优选为光固化性树脂。如此一来，能够容易地得到具有纳米级的形状的凹凸构造。
实施例
以下，基于实施例对本发明进行说明，但本发明并不限定于实施例。
表1示出本发明的实施例(No.1～3)以及比较例(No.4)。另外，表2示出在实施例以及比较例中使用的玻璃板的组成。
[表]]
[表2]
在本实施例中，针对在具有表1以及2所记载的特性、组成的玻璃板的表面形成有树脂层的导光板，评价了与波长相应的外部透过率之差。具体而言，测定了导光板的450nm与650nm的各波长时的外部透过率之差。以成为表2所记载的组成的方式调合原料，在大气中使用铂坩埚在1250～1400℃下熔融、铸造从而得到玻璃成形体之后，将该玻璃成形体切断以及研磨从而制作出玻璃板。作为构成树脂层的树脂，使用了折射率1.71～2.10、阿贝数24～36、内部透过率99％的树脂。需要说明的是，在图2中示出实施例2的导光板的外部透过率曲线。在图2中供参考也一并示出在实施例2中使用的玻璃板的外部透过率曲线。
玻璃板的表面粗糙度Ra通过使用Bruker公司制的AFM Dimension Icon并以10μm的扫描尺寸、1Hz的扫描速度而测定出。
玻璃板的折射率如以下那样测定出。在将厚度0.3mm的玻璃板直角切断或者直角研磨，并利用#1000的研磨纸对切断面或者研磨面进行镜面研磨之后，利用折射率1.78的折射率匹配浸液(Kalnew)将两张上述玻璃板贴合，并使用岛津制作所制的KPR-2000进行了测定。另外，根据得到的d线、C线、F线的各波长的折射率计算出阿贝数。
玻璃板的内部透过率如以下那样测定出。从由上述的方法制作出的玻璃成形体以10×10mm以上的尺寸制作厚度10mm的玻璃板与厚度3mm的玻璃板，利用#1000的研磨纸或者铈研磨粉对这些玻璃板进行镜面研磨。针对这些玻璃板，根据使用岛津制作所制的UV-3100进行测定而得到的透过率求出不包含反射损失的内部透过率。
树脂的折射率使用大琢电子制的椭偏仪EF-5000而测定出。另外，根据得到的d线、C线、F线的各波长的折射率计算出阿贝数。
在玻璃板的表面形成树脂层而成的导光板的透过率使用岛津制作所制的UV-3100而测定出。
如表1所示，关于作为实施例的No.1～3的导光板，玻璃板与树脂层的阿贝数差为8以下这样小，450nm以及650nm的各波长时的透过率之差为2％这样小。因此，认为在用作AR/MR用可穿戴设备用的导光板时的颜色再现性高。另一方面，关于作为比较例的No.4的导光板，玻璃板与树脂层的阿贝数差为11这样大，450nm以及650nm的各波长时的透过率之差为7％这样大。因此，认为用作AR/MR用可穿戴设备用的导光板时的颜色再现性差。
Claims (8)
1.一种导光板，其具备玻璃板以及形成于玻璃板的主面的树脂层，
所述导光板的特征在于，
玻璃板与树脂层的阿贝数vd之差小于10，
玻璃板以及树脂层的折射率nd为1.7以上，并且玻璃板与树脂层的折射率nd之差为1.0以下。
2.根据权利要求1所述的导光板，其特征在于，
玻璃板的厚度为0.1～1mm，树脂层的厚度为1μm以下。
3.根据权利要求1或2所述的导光板，其特征在于，
玻璃板的厚度10mm的情况下的波长450～650nm时的内部透过率为70％以上。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的导光板，其特征在于，
波长450nm与波长650nm时的外部透过率之差为5％以下。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的导光板，其特征在于，
玻璃板的主面的表面粗糙度Ra为5nm以下。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的导光板，其特征在于，
在树脂层的表面形成有凹凸构造。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的导光板，其特征在于，
树脂层由光固化树脂构成。
8.一种AR/MR用可穿戴设备，其特征在于，
所述AR/MR用可穿戴设备具备权利要求1～7中任一项所述的导光板。
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