CN116745660A - 导光体及影像显示装置 - Google Patents

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CN116745660A CN202180087318.6A CN202180087318A CN116745660A CN 116745660 A CN116745660 A CN 116745660A CN 202180087318 A CN202180087318 A CN 202180087318A CN 116745660 A CN116745660 A CN 116745660A
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Abstract

导光体具备：基体，具有第1反射面和第2反射面，使入射的影像光被第1反射面和第2反射面全反射的同时进行传播；及多个半反射镜，具有第1面和第1面的背面的第2面，并且包含电介质多层膜而构成，多个半反射镜在基体内相对于第1反射面及第2反射面倾斜并彼此隔开配置，基体及多个半反射镜构成为入射到基体的影像光分别1次以上入射多个半反射镜中的至少1个半反射镜的第1面及第2面，在将基体的折射率设为n的情况下，电介质多层膜的第1面侧及第2面侧的2个最外层的折射率为0.90n～1.15n。

Description

导光体及影像显示装置
技术领域
本发明涉及一种导光体及影像显示装置。
背景技术
近年来，作为下一代的影像显示装置，头戴式显示器等头部佩戴型的可佩戴在身上的“可穿戴显示器”的开发非常活跃。
头戴式显示器具有光学系统，所述光学系统具备将从影像光生成部输出的影像引导至穿戴者的眼睛的导光体。导光体大致分为使用了部分反射面的反射型、体积全息图型及衍射元件型。例如，在国际公开第2019/087576号及日本特开2020-118840号公报中，公开有反射型导光体。在国际公开第2019/087576号、日本特开2020-118840号公报及日本特开2019-219684号公报中记载的导光体是使影像光全反射的同时进行传播的导光体，所述导光体具有如下结构：反射影像光的一部分而使其向外部输出，并且使一部分透射的多个部分反射面沿导光体内部的影像光的传播方向相互大致平行地配置。
发明内容
发明要解决的技术课题
本发明的技术的目的在于提供一种能够显示对比度高的影像的导光体及影像显示装置。
用于解决技术课题的手段
本发明的导光体具备：基体，具有第1反射面和第2反射面，使入射的影像光被第1反射面和第2反射面全反射的同时进行传播；及
多个半反射镜，具有第1面和第1面的背面的第2面，并且包含电介质多层膜而构成，
多个半反射镜在基体内相对于第1反射面及第2反射面倾斜并彼此隔开配置，
基体及多个半反射镜构成为入射到基体的影像光分别1次以上入射多个半反射镜中的至少1个半反射镜的第1面及第2面，
在将基体的折射率设为n的情况下，电介质多层膜的第1面侧及第2面侧的2个最外层的折射率为0.90n～1.15n。
本发明的导光体中，电介质多层膜的最外层的折射率优选为0.95n～1.10n，更优选为1.00n～1.05n。
本发明的导光体中，将电介质多层膜的最外层的膜厚设为d[nm]，将折射率设为n1，并在设为Δn＝{(n-n1)/n}×100[％]的情况下，Δn·d[％·nm]优选在-300～+300的范围内。
本发明的导光体中，相对于第1反射面及第2反射面的半反射镜的倾斜角优选为在入射到基体内的影像光以5°～35°的入射角入射到第1面的情况下，入射的影像光中透射半反射镜的透射光被第1反射面或第2反射面反射之后，能够从第2面再入射的角度。
本发明的导光体中，半反射镜的倾斜角优选为透射光从第2面再入射时的入射角成为55°～85°的范围的角度。
本发明的导光体中，电介质多层膜优选交替地层叠有具有相对低的折射率的低折射率层和具有相对高的折射率的高折射率层。
本发明的导光体中，电介质多层膜的2个最外层中的至少一个与基体优选通过光学接触来接合。
本发明的导光体中，优选电介质多层膜的2个最外层与基体直接接触。
本发明的导光体中，优选在半反射镜与基体之间不存在粘接剂。
本发明的导光体中，电介质多层膜的各层能够含有硅、氧及氮。
本发明的导光体中，电介质多层膜的各层能够设为包含硅、铌、钽、铝、钛、钨及铬中至少1种的金属氧化物层。
本发明的导光体中，基体的折射率优选为1.5以上。
本发明的导光体中，基体优选为第1反射面与第2反射面平行的平行平板。
本发明的导光体中，多个半反射镜优选相互平行地在影像光传播的方向上排列。
本发明的导光体中，半反射镜优选对以入射角5°～35°入射的波长400nm～700nm的光的平均反射率为2％～4％，对以入射角55°～85°入射的波长400nm～700nm的光的平均反射率为10％以下。
本发明的另一方式的导光体具备：基体，具有第1反射面和第2反射面，使入射的影像光被第1反射面和第2反射面全反射的同时进行传播；及
多个半反射镜，具有第1面和第1面的背面的第2面，并且包含电介质多层膜而构成，
多个半反射镜在基体内相对于第1反射面及第2反射面倾斜并彼此隔开配置，
基体及多个半反射镜构成为入射到基体的影像光分别1次以上入射多个半反射镜中的至少1个半反射镜的第1面及第2面，
半反射镜对以入射角5°～35°入射的波长400nm～700nm的光的平均反射率为2％～4％，对以入射角55°～85°入射的波长400nm～700nm的光的平均反射率为10％以下。
本发明的影像显示装置具备：影像光生成部，生成影像光；本发明的导光体，传播所入射的影像光；及光耦合部件，使由影像光生成部生成的影像光入射导光体内。
发明效果
根据本发明的导光体及影像显示装置，能够获得对比度高的影像。
附图说明
图1是表示作为具备本发明的一实施方式的导光体12的影像显示装置的一实施方式的HMD的使用状态的外观图。
图2是从头部上方观察安装了HMD10的用户5的图。
图3是放大表示导光体12的图。
图4是示意地表示基体20中所具备的1个半反射镜30的结构的图。
图5是用于说明导光体12中的影像光的光路的示意图。
图6是表示光耦合角θ0与入射角θ1的关系的图。
图7是表示入射角θ1与入射角θ2的关系的图。
图8是表示相对于波长540nm的光的氮氧化膜的折射率的氮/氧流量比依赖性的图。
图9是表示电介质多层膜的形成工序的示意图。
图10是表示基板的接合工序的示意图。
图11是表示基板的接合工序的示意图。
图12的图12A表示从接合多个基板而成的接合体切出导光体的工序。图12B是从箭头12B观察从接合体切出的导光体的图。
图13的图13A是表示关于设计例1的半反射镜的对波长540nm的光的反射率的入射角依赖性的图。图13B是表示关于设计例1的半反射镜的相对于入射角25°的反射率的波长依赖性的图。图13C是表示关于设计例1的半反射镜的相对于入射角75°的反射率的波长依赖性的图。
图14的图14A是表示关于设计例2的半反射镜的对波长540nm的光的反射率的入射角依赖性的图。图14B是表示设计例2的半反射镜的相对于入射角25°的反射率的波长依赖性的图。图14C是表示设计例2的半反射镜的相对于入射角75°的反射率的波长依赖性的图。
图15的图15A是表示关于设计例3的半反射镜的对波长540nm的光的反射率的入射角依赖性的图。图15B是表示设计例3的半反射镜的相对于入射角25°的反射率的波长依赖性的图。图15C是表示设计例3的半反射镜的相对于入射角75°的反射率的波长依赖性的图。
图16的图16A表示设计例1的半反射镜的相对于入射角75°的反射率的Δn依赖性。图16B表示设计例1的半反射镜的对以入射角75°入射的光的反射率的Δn·d依赖性。
图17的图17A表示设计例2的半反射镜的相对于入射角75°的反射率的Δn依赖性。图17B表示设计例2的半反射镜的对以入射角75°入射的光的反射率的Δn·d依赖性。
图18的图18A表示设计例3的半反射镜的相对于入射角75°的反射率的Δn依赖性。图18B表示设计例3的半反射镜的对以入射角75°入射的光的反射率的Δn·d依赖性。
图19的图19A是表示参考例1的半反射镜的相对于入射角25°的反射率的波长依赖性的图。图19B是表示参考例1的半反射镜的相对于入射角75°的反射率的波长依赖性的图。
图20的图20A是表示参考例2的半反射镜的相对于入射角25°的反射率的波长依赖性的图。图20B是表示参考例2的半反射镜的相对于入射角75°的反射率的波长依赖性的图。
图21的图21A是表示参考例3的半反射镜的相对于入射角25°的反射率的波长依赖性的图。图21B是表示参考例3的半反射镜的相对于入射角75°的反射率的波长依赖性的图。
图22是用于说明强度试验用样品片的图。
图23是用于说明强度试验的概要的示意图。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。
本说明书中使用“～”显示的数值范围是指将记载于“～”前后的数值作为下限值及上限值而包含的范围。
“影像显示装置”
图1表示作为本发明的影像显示装置的一实施方式的头戴式显示器(HMD)10的外观。HMD10具备本发明的导光体的一实施方式。HMD10例如安装在用户5的头部上而使用。图2是从头部上方观察安装了HMD10的用户5的图。图3是放大表示导光体12的图。
HMD10具备影像光生成部11、导光体12及光耦合部件13。
影像光生成部11生成影像光并向光耦合部件13射出。影像光生成部11例如具备：光源部；影像光生成元件，生成影像光；及投射光学部，用于投射影像光。
光源部例如具备：光源，包含红、绿及蓝各自的LED(light emitting diode：发光二极管)或LD(laser diode：激光二极管)；及透镜，用于将来自光源的光照射到影像光生成元件。
影像光生成元件具备根据影像信号显示影像的显示元件，通过显示元件调制从光源部入射的光来生成影像光。作为显示元件，例如使用液晶面板或数字反射镜器件(DMD)等。
投射光学部具备由1片或多个透镜构成的投射透镜，将由影像光生成元件生成的影像光投射到光耦合部件13中。
导光体12在安装时位于用户5的眼睛6的正面，入射由影像光生成部11生成的影像光，并传播其入射的影像光，通过朝向用户5射出影像光，从而使用户5视觉辨认影像。使用户5视觉辨认的影像可以是静止图像也可以是动态图像。如图3所示，导光体12具备基体20及配置在基体20内的多个半反射镜30a、30b、30c、30d。基体20具有第1反射面21和第2反射面22，影像光L0被第1反射面21和第2反射面22反复进行全反射而在基体20内传播。半反射镜30a、30b、30c、30d反射所入射的光的一部分，并透射其他部分。作为一例，半反射镜30a、30b、30c、30d的反射率为2～10％左右。影像光L0在配置于基体20中的多个半反射镜30的每一个中，一部分被反射而从基体20作为出射光L1射出，并使用户5视觉辨认影像。
另外，在本说明书中，反射率由对p偏振光的反射率和对s偏振光的反射率的平均值表示。
光耦合部件13使由影像光生成部11生成的影像光L0入射到导光体12内。光耦合部件13在本例中为光耦合棱镜。在本实施方式中，光耦合部件13其一面与导光体12的第1反射面21接触而配置。光耦合部件13将影像光L0导入导光体12，以使影像光L0以全反射的角度入射第1反射面21及第2反射面22而在导光体12内传播。并且，光耦合部件13对导光体12导入影像光L0，使得以所期望的入射角θ1入射半反射镜30a的第1面31a。光耦合部件13向导光体12导入影像光L0，以使向导光体12中的半反射镜30a的第1面31a的影像光L0的入射角θ1例如成为5°～35°。另外，在此入射角是指光入射的面的法线与光线所成的角度。
“导光体”
以下，对导光体12的详细内容进行说明。
导光体12是本发明的导光体的一实施方式。如上所述，导光体12具备基体20及多个半反射镜30a、30b、30c、30d。基体20具有第1反射面21和第2反射面22，使入射的影像光L0被第1反射面21和第2反射面22全反射的同时进行传播。在本实施方式中，基体20为第1反射面21与第2反射面22平行的平行平板。在此，所谓平行平板是指，使影像光L0反射并传播的第1反射面21与第2反射面22相互平行地配置的板状部件。当然，在平行平板的外周面的一部分中，在不影响光的传播的区域具备凹凸或者具有第1反射面21与第2反射面22不平行的部分的平板也包括在本发明的技术所涉及的“平行平板”中。通过使用平行平板，容易进行光路设计。另外，基体20中，只要影像光L0在第1反射面21与第2反射面22之间反复进行全反射并使其传播，并且通过被半反射镜30反射的出射光L1能够视觉辨认影像，则第1反射面21与第2反射面22可以不一定平行。
基体20只要是透明部件，则并无特别限制。基体20的折射率n优选为1.5以上，进一步优选为1.7以上，尤其优选为1.8以上。折射率越高，越能够减少从导光体向外部的漏光，且能够获得良好的影像。
在本实施方式中，多个半反射镜30a、30b、30c、30d相互平行地在影像光传播的方向上排列。半反射镜30a、30b、30c、30d分别具有第1面31a、31b、31c、31d和第1面31a、31b、31c、31d的背面的第2面32a。另外，以下在不区分多个半反射镜中的每一个的情况下，省略a、b、c及d等附加在符号的后缀，仅设为半反射镜30、第1面31及第2面32。
多个半反射镜30在基体20内相对于第1反射面21及第2反射面22倾斜并彼此隔开配置。将该半反射镜30相对于第1反射面21及第2反射面22的倾斜角α称为半反射镜30的倾斜角α。
如图3所示，入射到基体20的影像光L0被基体20的第1反射面21及第2反射面22反复进行全反射，并在与第1反射面21及第2反射面22平行的方向A上进行传播。此时，影像光L0一边1次或多次透射基体20中所具备的多个半反射镜30一边进行传播。入射半反射镜30的第1面31时，影像光L0的一部分被半反射镜30反射而作为出射光L1射出。
基体20及多个半反射镜30构成为入射到基体20的影像光L0分别1次以上入射多个半反射镜30中的至少1个半反射镜30的第1面31及第2面32。例如，如图3所示，经由光耦合部件13以光耦合角θ0入射到基体20的第1反射面21的影像光L0入射半反射镜30a的第1面31a。此时，影像光L0的一部分被半反射镜30a反射而作为出射光L1从基体20射出。未反射并透射半反射镜30a的影像光L0入射第2反射面22的点22a。入射到第2反射面22的影像光L0被全反射，并以入射角θ2入射半反射镜30a的第2面32a。从第2面32a入射半反射镜30a，并透射半反射镜30a的影像光L0入射第1反射面21的点21a，并进行全反射。被该第1反射面21反射的影像光L0再次入射半反射镜30a的第1面31，其中一部分作为出射光L1从基体20射出。如此，在图3所示的例子中，入射到基体20的影像光L0入射半反射镜30a的第1面31两次，入射第2面32一次。
图4是示意地表示基体20中所具备的1个半反射镜30的结构的图。如图4所示，半反射镜30包含层叠多个电介质层41～47而成的电介质多层膜40。在本实施方式中，半反射镜30由电介质多层膜40构成。图4中，电介质多层膜40具备7层的电介质层41～47，但作为半反射镜30发挥作用，则电介质层的层数不受限定。
电介质多层膜40层叠具有多个不同的折射率的电介质层而构成。在将基体20的折射率设为n的情况下，构成电介质多层膜40的多个电介质层中的2个最外层41、47的折射率为0.90n～1.15n。最外层41、47的折射率优选为0.95n～1.10n，更优选为1.00n～1.05n。另外，电介质多层膜40中的最外层是指入射的影像光感测到的层中的最外层。在此，影像光感测到的层是指在概念上对影像光产生折射等影响的层，具体而言，是指由电介质膜的折射率n与电介质膜的物理膜厚d的积表示的光路长度n·d超过10nm的层。因此，即使在电介质多层膜40与基体20之间配置有n·d为10nm以下的层，这种层也不相当于电介质多层膜40的最外层。
如上所述，本实施方式的导光体12中，基体20及多个半反射镜30构成为入射到基体20的影像光L0分别1次以上入射多个半反射镜30中的至少1个半反射镜30的第1面31及第2面32。因此，如图5所示，从半反射镜30a的第1面31a入射并透射的影像光L0被第2反射面22反射而从第2面32a再次入射半反射镜30a。此时，从第2面32a入射的被半反射镜30a反射的光成为杂散光LM，其中一部分作为无法控制的无用的光LM1向外部射出。
若从半反射镜30a的第2面32a入射并反射的杂散光LM的光量较大，则大大减少向配置在后级的半反射镜30b传播的影像光L0及被半反射镜30b的第1面31b反射而作为出射光L1射出的光量。反复进行该情况，配置在更后级的半反射镜中的出射光L1的光量降低变得明显。若出射光L1的光量减少，则视觉辨认的影像变暗。并且，通过杂散光LM的一部分不受角度控制而从基体20射出，从而有时图像模糊，或者看起来重影。如此，若影像光L0被半反射镜30的第2面32反射的反射光量较大，则产生影像的对比度降低等问题。这在导光体12中是特有的问题，所述导光体12构成为影像光L0多次入射1个半反射镜30，即，至少1次以上分别入射第1面31和第2面32。
导光体12中所具备的半反射镜30被设计成，在影像光L0以入射角θ1入射到反射光作为出射光L1向外部射出的第1面31的情况下，成为所期望的反射率。此时，以往，一般是影像光L0相对于半反射镜30仅入射1次的结构，因此没有考虑向第2面32的影像光L0的入射角θ2的反射率。
相对于此，本发明人等发现了，在将基体20的折射率设为n的情况下，通过将构成半反射镜30的电介质多层膜40的多个电介质层中的2个最外层41、47的折射率设为0.90n～1.15n，从而能够有效地抑制向半反射镜30的第2面32入射影像光L0时的反射率(参考后述设计例)。
本实施方式的导光体12中，由于构成半反射镜30的电介质多层膜40的第1面31侧的最外层41及第2面32侧的最外层47的折射率为0.90n～1.15n，因此能够抑制半反射镜30的第2面32上的反射率。能够抑制相对于向半反射镜30的第2面32的入射的反射率，因此能够抑制影像光L0的光量降低及杂散光的产生，并能够获得对比度高的影像。
另外，向半反射镜30的第1面31的入射角θ1优选设为5°～35°。并且，向半反射镜30的第2面32的入射角θ2优选设为55°～85°(参考后述验证例)。
影像光L0入射半反射镜30的第1面32的入射角θ1根据影像光L0的向导光体的入射角即光耦合角θ0来发生变化。例如，在半反射镜30的倾斜角α＝25°的情况下，光耦合角θ0与入射角θ1的关系如图6所示。并且，以入射角θ1入射到第1面31之后被第2反射面21全反射而入射第2面32的影像光L0的入射角θ2与入射角θ1的关系如图7所示。
即，在图6及图7所示的例子中，在光耦合角θ0为50°的情况下，入射角θ1成为25°，入射角θ2成为75°。并且，在光耦合角θ0为40°的情况下，入射角θ1成为15°，入射角θ2成为65°。另外，光耦合角θ0与入射角θ1及入射角θ2的关系根据半反射镜30的倾斜角α来发生变化。
在实际系统中，选择半反射镜的倾斜角α及光耦合角θ0，以使入射角θ1及入射角θ2成为所期望的值。倾斜角α例如为5°～35°。如图7所示的例子，一般而言，影像光L0向半反射镜30的第1面31的入射角θ1与第2面32的入射角θ2有较大差异。并且，一般而言，由电介质多层膜40构成的半反射镜30的对光的反射率中，具有入射角依赖性。如上所述，以往仅考虑了入射角θ1下的反射率，因此入射角θ2下的反射率变大，产生了视觉辨认的影像的对比度的降低。以下，对用于将入射角θ1下的反射率设为所期望的值并且充分地抑制入射角θ2下的反射率的更具体的半反射镜30的结构进行说明。
形成半反射镜30的电介质多层膜40优选交替地层叠具有相对低的折射率的低折射率层和具有相对高的折射率的高折射率层而成。各层的折射率可以各不相同，但也可以交替地层叠具有相同折射率的低折射率层、具有相同折射率的高折射率层。并且，例如，电介质多层膜40可以是如下结构：具备交替地层叠具有低于基体20的折射率的低折射率层42、44、46和具有高于基体20的折射率的高折射率层43、45而成的中间区域48、及相对于基体20的折射率n具有0.90n～1.15n的折射率的最外层41、47。通过交替地具备低折射率层和高折射率层，容易进行具有所期望的入射角依赖性的反射率的半反射镜的设计及制作。
电介质多层膜40的各层41～47能够含有硅(Si)、氧(O)及氮(N)。关于各层41～47，在设为氮氧化硅膜的情况下，通过改变Si:O:N的含有比率，能够设为所期望的折射率。
并且，电介质多层膜40的各层41～47也可以是包含硅、铌(Nb)、钽(Ta)、铝(Al)、钛(Ti)、钨(W)及铬(Cr)中至少1种的金属氧化物层。根据所期望的折射率，能够适当地使用包含1种或2种以上的金属的金属氧化物。
将电介质多层膜40的最外层41、47的膜厚设为d，将折射率设为n1，并将基体20的折射率n与折射率n1之差的百分比设为Δn＝{(n-n1)/n}×100[％]的情况下，Δn·d[％·nm]优选在-300～+300的范围内。Δn·d更优选在-200～+200的范围内。Δn·d进一步优选在-150～150的范围内，尤其优选在-100～+100的范围内。若Δn·d在-300～+300的范围内，则能够有效地抑制向半反射镜30的第2面32的影像光L0的反射率。
如图4所示，电介质多层膜40的2个最外层41、47优选以分别与基体20直接接触的方式配置。即，优选在电介质多层膜40与基体20之间不存在粘接剂。电介质多层膜40的2个最外层41、47中的至少一个与基体20优选通过光学接触来接合。在此，通过光学接触来接合是指不使用粘接剂进行接合的状态。通过光学接触来接合电介质多层膜40的2个最外层41、47中的至少一个与基体20，从而在电介质多层膜40的2个最外层41、47与基体20之间不存在粘接剂，2个最外层41、47分别能够与基体20直接接触。
对导光体的制造方法的详细内容进行后述，但光学部件的接合中一般使用光学粘接剂。但是，若通用的光学粘接剂的折射率为1.5，且基体20的折射率n成为1.7以上等，则与基体的折射率之差过大，有时电介质多层膜的设计不成立。并且，若使用粘接剂进行接合，则面的平行度超过目标值的概率增加，且生产率下降。若进行基于光学接触的接合，则能够解决使用这种粘接剂进行接合时产生的问题。
半反射镜30中，作为对以入射角θ1入射第1面31的影像光L0的反射率，优选1％～4％，更优选2％～4％。并且，半反射镜30中，作为对以入射角θ2入射第2面32的影像光L0的反射率，优选10％以下，更优选4％以下，进一步优选3％以下，尤其优选1％以下。对于向第1面31的影像光L0的入射，需要反射至少一部分而向外部射出，因此需要进行一定程度的反射，对于向第2面32的入射，从抑制影像光L0的降低及抑制杂散光LM的观点出发，反射率越小越优选。
通过将对向第2面32的入射角θ2下的影像光L0的反射率设为10％以下，有效地抑制杂散光LM的产生，并能够稳定地获得对比度高的影像。
另外，为了实现上述结构，导光体12中的半反射镜30优选对以入射角5°～35°入射的波长400nm～700nm的光的平均反射率为2％～4％，对以入射角55°～85°入射的波长400nm～700nm的光的平均反射率为10％以下。影像光为可见光且包含波长400nm～700nm的光，本说明书中，对影像光的反射率是指对波长400nm～700nm的光的平均反射率。
如上所述，半反射镜30在导光体12内以被第1反射面21及第2反射面22反复进行全反射并传播的影像光入射到半反射镜30的第1面31之后从第2面32再次入射的倾斜角α进行配置。在此，入射导光体12的影像光优选设定为以入射角θ1＝5°～35°入射第1面31，之后以入射角θ2＝55°～85°入射第2面32。并且，若导光体12中的半反射镜30对以入射角5°～35°入射的波长400nm～700nm的光的平均反射率为2％～4％，对以入射角55°～85°入射的波长400nm～700nm的光的平均反射率为10％以下，则能够有效地抑制第2面32上的反射光，因此能够抑制杂散光，并能够获得对比度更高的影像。由多层膜构成的半反射镜即使是相同的入射角，反射率也根据波长发生变化。并且，即使是相同的波长，若入射角发生变化，则反射率也发生变化。本说明书中的“平均反射率”是指特定的入射角下的对波长400nm～700nm的光的反射率的平均值。另外，若第2面上的反射光的平均反射率为4％以下，则能够获得对比度进一步高的影像。
“导光体的制作方法”
以下对导光体12的制造方法的一例进行说明。
导光体12经过多个基板上的电介质多层膜的形成工序(参考图9)、形成有电介质多层膜的基板的接合工序(参考图10、11)及从接合多个基板而成的接合体的切出工序(参考图12)而制作。
各工序的详细内容如下。
-电介质多层膜的形成工序-
准备多个板状的透明基板120，如图9所示，在各基板120的一面121上依次对电介质层41～47进行成膜而形成电介质多层膜40。电介质层41～47的形成方法并无特别限定，但优选溅射及等离子体CVD(chemical vapor deposition：化学气相沉积)法等在等离子体中进行成膜的方法。
在电介质多层膜40的各层41～47由包含硅、氧及氮的氮氧化硅构成的情况下，例如能够使用靶，通过将氩(Ar)气、氧气、氮气导入腔室内的溅射法对各层进行成膜。通过改变氧与氮的流量比，从而膜中的Si:O:N比发生变化。并且，通过改变Si:O:N比，能够改变膜的折射率。因此，以成为所期望的设计折射率的方式改变氧与氮的流量比而对电介质多层膜的各层进行成膜即可。
图8表示对波长540nm的光的氮氧化膜的折射率的氮/氧流量比依赖性。本说明书中，氮/氧流量比由氮(N2)气+氧(O2)气中的氧的比例表示。从图8可知，若改变氮/氧流量比，则膜的折射率能够在从氮:氧＝1:0时的n＝2.027到氮:氧＝0:1时的n＝1.459的范围内进行变更。关于图8的溅射条件为Ar气体流量＝60sccm，O2+N2气体流量＝60sccm，溅射功率＝750W、靶的直径＝6英寸，基板温度(设定)＝300℃、溅射气压＝0.2Pa。并且，膜的折射率是使用J.A.Woollam CO.,INC.制的ELLIP SOMETER VASE(注册商标)来测定的。
如此，通过改变溅射成膜时的氮:氧的流量比，能够获得具有所期望的折射率的氮氧化硅膜。
在形成电介质多层膜的情况下，一般使用化学计量比的金属氧化物。因此，需要使用化学计量比的金属氧化物的折射率来设计电介质多层膜。但是，如上所述，通过改变Si:O:N比能够改变折射率，因此若使用氮氧化硅，则能够获得任意折射率的膜，且电介质多层膜的设计的自由度高。
并且，在电介质多层膜40的各层41～47为包含Si、Nb、Ta、Al、Ti、W及Cr中至少1种的金属氧化物层的情况下，也同样能够使用溅射法。在使用了2种以上金属靶的共溅射中，通过靶电压的调整，能够控制折射率。并且，可以使用以影像光的波长λ的1/100以下的厚度交替地堆积包含任何金属的膜而形成的方法(例如，参考专利第5549342号公报)来控制各层41～47的折射率。
-接合工序-
分别形成有电介质多层膜40的多个基板120的接合中，优选光学接触法。
如图10所示，对设置在分别具备电介质多层膜40的多个基板120的一面的电介质多层膜40的最表面40A及作为基板120的另一面且未形成有电介质多层膜40的面122(以下，统称为接合面40A、122。)，在真空中照射离子束51。离子束51的照射中使用离子束照射装置50。具体而言，在真空腔室内对接合面照射氩离子作为离子束51。通过该离子束51的照射，去除附着在接合面40A，122的有机物等污染，并且激活接合面40A、122。
之后，如图11的S1所示，使设置在1个基板120的电介质多层膜40与其他基板120的未形成有电介质多层膜40的面122依次相对并重叠。如此，如图11的S2所示，使激活的接合面彼此接触。另外，通过将不具备电介质多层膜40的基板120重叠在最上面，从而制成各电介质多层膜40被基板120夹着的状态的层叠体125。
之后，如图11的S3所示，在对层叠体125施加一定的荷载P例如500g/cm2的状态下保持一定时间例如1小时，从而获得接合体126(参考图12)。
之后，如图12A所示，以相对于基板面倾斜规定角度α的切割面切割接合体126，从而切出在基体20中具备多个半反射镜30的导光体127。在图12A中，虚线构成切割面的一边。图12B是从图12B的接合体126的箭头12B方向观察从接合体126切出的导光体127的图。导光体127相当于将相对于第1反射面21、第2反射面22以倾斜角度α倾斜配置的半反射镜30相互平行地具备多个的导光体12。切割面根据半反射镜30的所期望的倾斜角度α来设定。角度α例如优选设为10°～35°左右。
以下，表示构成本发明所涉及的导光体中所使用的半反射镜的电介质多层膜的具体设计例及验证结果。在设计例及验证例中，使用市售的薄膜计算软件通过模拟来求出膜厚及波长依赖性。另外，以下折射率为波长540nm处的折射率。
“设计例1”
在表1中示出作为基体使用了折射率n＝1.7934的SF11(Shott Co.,Ltd.制)时的电介质多层膜的设计例1。在模拟中，设计成将入射角25°下的反射率设为3±0.5％，并且入射角75°下的反射率最低，从而使各层的厚度最佳化。
[表1]
在设计例1中，成为最外层的层1及层11的折射率n1为1.7950，n1＝1.0009n。
关于设计例1的电介质多层膜，图13A中示出对波长540nm的光的反射率的入射角依赖性。如图13A所示，在入射角85°以下的范围内实现反射率10％以下，在入射角0°～38°的范围内实现反射率2～4％，在入射角63°～82°的范围内实现反射率4％以下。
关于设计例1的电介质多层膜，在图13B中示出相对于入射角25°的反射率的波长依赖性，在图13C中示出相对于入射角75°的反射率的波长依赖性。
如图13B及图13C所示，对波长400nm～700nm的光的入射角25°下的平均反射率为2.74％，入射角75°下的平均反射率为0.69％。在作为向基体20中所具备的半反射镜30的相对于第1面31的入射角θ1假定为25°，作为相对于第2面32的入射角θ2假定为75°的情况下，向第2面32入射影像光时的反射率非常小为1％以下，能够获得对比度高的影像。
“设计例2”
在表2中示出作为基体使用了折射率n＝1.6621的S-BSM25(OHARA INC.制)时的电介质多层膜的设计例2。在模拟中，设计成将入射角25°下的反射率设为3±0.5％，并且入射角75°下的反射率最低，从而使各层的厚度最佳化。
[表2]
在设计例2中，成为最外层的层1及层11的折射率n1为1.6647，n1＝1.0015n。
关于设计例2的电介质多层膜，在图14A中示出对波长540nm的光的反射率的入射角依赖性。如图14A所示，在入射角85°以下的范围内实现反射率10％以下，在入射角0°～36°的范围内实现反射率2～4％，在入射角60°～83°的范围内实现反射率4％以下。
关于设计例2的电介质多层膜，在图14B中示出相对于入射角25°的反射率的波长依赖性，在图14C中示出相对于入射角75°的反射率的波长依赖性。
如图14B及图14C所示，对波长400nm～700nm的光的入射角25°下的平均反射率为2.90％，入射角75°下的平均反射率为0.91％。在作为向基体20中所具备的半反射镜30的相对于第1面31的入射角θ1假定为25°，作为相对于第2面32的入射角θ2假定为75°的情况下，向第2面32入射影像光时的反射率非常小为1％以下，能够获得对比度高的影像。
“设计例3”
在表3中示出作为基体使用了折射率n＝1.5191的BK7(Shott Co.,Ltd.制)时的电介质多层膜的设计例3。在模拟中，设计成将入射角25°下的反射率设为3±0.5％，并且入射角75°下的反射率最低，从而使各层的厚度最佳化。
[表3]
在设计例3中，成为最外层的层1及层11的折射率n1为1.5197，n1＝1.0004n。
关于设计例3的电介质多层膜，在图15A中示出对波长540nm的光的反射率的入射角依赖性。如图15A所示，在入射角85°以下的范围内实现反射率10％以下，在入射角0°～38°的范围内实现反射率2～4％，在入射角58°～83°的范围内实现反射率4％以下。
关于设计例3的电介质多层膜，在图15B中示出相对于入射角25°的反射率的波长依赖性，在图15C中示出相对于入射角75°的反射率的波长依赖性。
如图15B及15C所示，对波长400nm～700nm的光的入射角25°下的平均反射率为2.90％，入射角75°下的平均反射率为0.93％。
另外，表示对上述设计例1～3调查了各自最外层的折射率n1的容许范围的结果。关于上述设计例1～3，在表4～表7中分别示出求出将最外层的折射率相对于基体的折射率n改变为0.85n～1.20n时的对波长400nm～700nm的光的入射角25°下的平均反射率及入射角75°下的平均反射率的结果。在模拟中，关于各设计例1～3，分别仅改变最外层的折射率，而2～10层的折射率并未改变，使入射角25°下的反射率以3±0.5％为目标值，此时，以使75°反射率尽可能小的方式进行了最佳化。
表4表示使用了设计例1的折射率n＝1.7934的基体(SF11)时的结果。
[表4]
在本例中，在n1＝0.90n～1.20n的范围内，入射角25°下的平均反射率在3±0.5％的范围内，并且，入射角75°下的平均反射率为3％以下。并且，在n1＝1.00n下，能够将入射角75°下的平均反射率设为1％以下。
表5表示使用了设计例2的折射率n＝1.6621的基体(S-BSM25)时的结果。
[表5]
在本例中，在n1＝0.90n～1.15n的范围内，入射角25°下的平均反射率在3±0.5％的范围内，并且，入射角75°下的平均反射率为3％以下。并且，在n1＝0.95n～1.05n的范围内，能够将入射角75°下的平均反射率设为1％以下。
表6表示使用了设计例3的折射率n＝1.5191的基体(BK7)时的结果。
[表6]
在本例中，在n1＝0.90n～1.15n的范围内，入射角25°下的平均反射率在3±0.5％的范围内，并且，入射角75°下的平均反射率为3％以下。并且，在n1＝1.00n～1.10n的范围内，能够将入射角75°下的平均反射率设为2％以下。
另外，设计例2、3中，再将最外层的折射率设为0.85n的情况下，由于未得到解，因此不进行计算。
从以上结果得知，从低折射率的基体到高折射率的基体使用了任一基体的情况下，只要最外层的折射率在0.9n～1.15n的范围内，就能够将75°入射角的平均反射率抑制在3％以下。最外层的折射率优选0.95n～1.10n，更优选1.00n～1.05n。另外，最外层的折射率的尤其优选的范围根据基体的折射率发生些许的变化。
“验证例”
接着，在设计例1～3中，在将电介质多层膜的最外层的厚度d分别设为30nm、50nm或100nm的情况下，调查了使波长400nm～700nm的光以入射角75°入射时的平均反射率(以下，简称为平均反射率(75°)。)的由最外层的折射率n1与基体的折射率n表示的Δn依赖性。在此，Δn[％]＝{(n-n1)/n}·100。在模拟中，在设计例1至3的膜结构中，固定最外层(层1及层11)的厚度，以将入射角25°下的反射率设为3±0.5％，并且入射角75°下的反射率最低的方式使其他层2～10的厚度最佳化。在图16～18中示出结果。
图16A及图16B表示使用了设计例1的折射率n＝1.7950的基体(SF11)时的结果。图16A表示平均反射率(75°)的Δn依赖性，图16B表示对以入射角75°入射的光的平均反射率的Δn·d依赖性。如图16A所示，在30nm、50nm、100nm的任一情况下，Δn％均在-1～0的范围内具有最小值。如图16B所示，可知在将横轴设为Δn·d的情况下，无论最外层的厚度如何，若Δn·d[％·nm]为-300～+300，则能够将反射率(75°)设为大致10％以下，若Δn·d[％·nm]为-150～+150，则能够将平均反射率(75°)设为大致4％以下，若Δn·d[％·nm]为-100～+100，则能够将平均反射率(75°)设为大致2％以下。
图17A及图17B表示使用了设计例2的折射率n＝1.6621的基体(S-BSM25)时的结果。图17A表示平均反射率(75°)的Δn依赖性，图17B表示对以入射角75°入射的光的平均反射率的Δn·d依赖性。如图17A所示，在30nm、50nm、100nm的任一情况下，Δn％均在-2～0.5的范围内具有最小值。如图17B所示，可知在将横轴设为Δn·d的情况下，无论最外层的厚度如何，若Δn·d[％·nm]为-300～+300，则能够将反射率(75°)设为大致10％以下，若Δn·d[％·nm]为-200～+150，则能够将平均反射率(75°)设为大致4％以下，若Δn·d[％·nm]为-150～+100，则能够将平均反射率(75°)设为大致3％以下。而且，若Δn·d[％·nm]为-125～+25，则能够将平均反射率(75°)设为大致1％以下。
图18A及图18B表示使用了设计例3的折射率n＝1.5191的基体(BK7)时的结果。图18A表示平均反射率(75°)的Δn依赖性，图17B表示对以入射角75°入射的光的平均反射率的Δn·d依赖性。如图17A所示，在30nm、50nm、100nm的任一情况下，Δn％均在-1～+1的范围内具有最小值。如图17B所示，可知在将横轴设为Δn·d的情况下，无论最外层的厚度如何，若Δn·d[％·nm]为-300～+300，则能够将平均反射率(75°)设为大致10％以下，若Δn·d[％·nm]为-200～+200，则能够将平均反射率(75°)设为大致4％以下，若Δn·d[％·nm]为-100～+100，则能够将平均反射率(75°)设为大致2％以下。
根据以上结果，若大致将Δn·d[％·nm]设为-300～+300，则能够将平均反射率(75°)设为10％以下，若设为-200～+200，则能够将平均反射率(75°)设为4％以下，若设为-150～+150，则不选择基体的折射率，就能够将平均反射率(75°)设为4％以下。
“设计例4”
在表7中示出作为基体使用了折射率n＝2.01339的S-LAH79(OHARA INC.制)时的电介质多层膜的设计例4。
[表7]
在设计例4中，成为最外层的层1及层11的折射率n1为2.03153，n1＝1.00901n。在将具备该设计例4的电介质多层膜的半反射镜以倾斜角25°配置在基体内的情况下，由于基体的折射率高，因此影像光即使以入射角θ1＝5°入射电介质多层膜也在基体内反复进行全反射而传播。
并且，关于设计例1～4的电介质多层膜，将使作为最外层的第1层及第11层的折射率与基体的折射率n相同的情况设为设计例1A～4A，根据各例的对波长400nm～700nm的光的平均反射率的入射角依赖性，验证了向半反射镜的对第1面及第2面的影像光的优选入射角范围。
关于各设计例1A～4A的半反射镜，用以下基准评价了入射角θ1＝5°～35°、入射角θ2＝55°～85°的范围的各入射角θ1、θ2下的对波长400nm～700nm的光的平均反射率。在表8中示出其结果。
-关于入射角θ1的评价-
A：平均反射率超过3％且4％以下
B：平均反射率超过2％且3％以下
C：平均反射率超过1％且2％以下
D：平均反射率超过4％
-关于入射角θ2的评价-
A：平均反射率为1％以下
B：平均反射率超过1％且3％以下
C：平均反射率超过3％且4％以下
D：平均反射率超过4％且10％以下
E：平均反射率超过10％
[表8]
作为入射角θ1，在5°～35°的范围内，获得了超过2％且4％以下的良好的平均反射率。另一方面，作为入射角θ2，在55°～85°的范围内，能够设为10％以下的平均反射率，在设计例1A～3A中，在70°～80°的范围内，能够设为4％以下的平均反射率。优选设定半反射镜的倾斜角α及光耦合角θ0，以使作为入射角θ1成为5°～35°，作为入射角θ2成为55°～85°。由于能够将平均反射率设为4％以下，因此作为入射角θ2，更优选设为70°～80°。另外，在现实的系统中，由于结构上的制约，入射角θ1优选10°以上。
在此，对改变了对入射导光体中的半反射镜的第2面的光的反射率时的影像的明暗图案的状态进行了感官评价。本说明书中，影像的明暗图案是指在经由导光体视觉辨认的影像中出现的基于光量强度分布的明暗图案。认为该明暗图案是由影像光和杂散光的干涉产生的。意味着没有出现明暗图案的状态是理想的高对比度的图像，明暗图案的视觉辨认度越高，越是对比度低的图像。
“感官评价试验”
制作了具备6片设计例1中所示的由电介质多层膜构成的半反射镜的导光体(制作方法将在后面叙述。)。设计例1的半反射镜通过在55°～85°的范围内改变第2面的入射角，能够将平均反射率从10％改变为1％以下。并且，作为第2面的平均反射率超过10％的例子，制作了具备6片以下比较例1的由电介质多层膜构成的半反射镜的导光体。对于具备设计例1的半反射镜的导光体，改变向第1面的入射角，以使向半反射镜的第2面的入射角成为55°～85°，对将第2面的平均反射率设为1％以下～10％时的由影像光和杂散光的干涉产生的明暗图案的程度进行了感官评价。并且，对于具备比较例1的半反射镜的导光体，设定向第1面的入射角，以使向半反射镜的第2面的入射角成为75°，关于使第2面的平均反射率超过10％的情况，进行了相同的感官评价。
[比较例1]
在表9中示出作为基体使用了折射率n＝1.7934的SF11(Shott Co.,Ltd.制)时的电介质多层膜的比较例1的层结构。将作为电介质多层膜的2个最外层的第1层及第11层的折射率n1设为0.9n～1.15n范围外的值即0.83n。在模拟中，设计成将入射角25°下的反射率设为3±0.5％，并且入射角75°下的反射率最低，从而使各层的厚度最佳化。
[表9]
关于比较例1的半反射镜，在表10中示出入射角θ1＝5°～35°及入射角θ2＝55°～85°的范围的各入射角θ1、θ2下的对波长400nm～700nm的光的平均反射率。
[表10]
比较例1中，对以入射角θ2＝75°～85°的范围入射的波长400nm～700nm的光的平均反射率超过10％。
如表10所示，比较例1中，作为入射角θ1，在5°～35°的范围内，获得超过2％且4％以下的良好的反射率。另一方面，在入射角θ2以75°以上入射的情况下，对波长400nm～700nm的光的平均反射率超过10％。
在表11中示出将对半反射镜的第2面的平均反射率(表11中第2面反射率)从1％以下设为超过10％时的感官评价的结果。
[表11]
第2面反射率 影像的明暗图案
超过10％ 清晰地视觉辨认到影像的明暗图案
10％以下且超过8％ 稍微清晰地视觉辨认到影像的明暗图案
8％以下且超过4％ 隐约地视觉辨认到影像的明暗图案
4％以下且超过3％ 稍微隐约地视觉辨认到影像的明暗图案
3％以下且超过1％ 几乎无法视觉辨认影像的明暗图案
1％以下 无法视觉辨认影像的明暗图案
如表11所示，获得了如下结果：若半反射镜的第2面上的平均反射率超过10％，则可清晰地视觉辨认明暗图案，但若为10％以下，则明暗图案的出现稍微得到抑制。从感官评价的结果可以说，半反射镜的第2面上的平均反射率优选10％以下，更优选4％以下，进一步优选3％以下，尤其优选1％以下。
以下，作为参考例1～3，示出构成对以入射角5°～35°入射的波长400nm～700nm的光的平均反射率为2％～4％，且对以入射角55°～85°入射的光的平均反射率为10％以下的半反射镜的多层膜的例子。
[参考例1]
在表12中示出作为基体使用了折射率n＝1.7934的SF11(Shott Co.,Ltd.制)时的电介质多层膜的参考例1的层结构。将电介质多层膜的2个最外层中的第1层的折射率n1设为基体的折射率n的0.9n～1.15n的范围内的值，将第11层的折射率n1设为0.9n～1.15n的范围外的值。在模拟中，设计成将入射角25°下的反射率的目标值设为3±0.5％，并且入射角75°下的反射率最低，从而使各层的厚度最佳化。
[表12]
关于参考例1的电介质多层膜，在图19A中示出相对于入射角25°的反射率的波长依赖性，在图19B中示出相对于入射角75°的反射率的波长依赖性。
如图19A及图19B所示，对波长400nm～700nm的光的入射角25°下的平均反射率为2.79％，入射角75°下的平均反射率为4.93％。在作为向基体20中所具备的半反射镜30的相对于第1面31的入射角θ1假定为25°，作为相对于第2面32的入射角θ2假定为75°的情况下，向第2面32入射影像光时的平均反射率超过4％，与设计例1～3相比，平均反射率上升。然而，向第2面入射影像光时的平均反射率为10％以下，因此能够获得由杂散光和影像光的干涉出现的明暗图案的抑制效果，即影像的对比度提高效果。
[参考例2]
在表13中示出作为基体使用了折射率n＝1.6621的S-BSM25(OHARA INC.制)时的电介质多层膜的参考例2的层结构。将电介质多层膜的2个最外层中的第1层的折射率n1设为基体的折射率n的0.9n～1.15n的范围内的值，将第11层的折射率n1设为0.9n～1.15n的范围外的值。在模拟中，设计成将入射角25°下的反射率的目标值设为3±0.5％，并且入射角75°下的反射率最低，从而使各层的厚度最佳化。
[表13]
关于参考例2的电介质多层膜，在图20A中示出相对于入射角25°的反射率的波长依赖性，在图20B中示出相对于入射角75°的反射率的波长依赖性。
如图20A及图20B所示，对波长400nm～700nm的光的入射角25°下的平均反射率为2.45％，入射角75°下的平均反射率为4.32％。在作为向基体20中所具备的半反射镜30的相对于第1面31的入射角θ1假定为25°，作为相对于第2面32的入射角θ2假定为75°的情况下，向第2面32入射影像光时的平均反射率超过4％，与设计例相比，平均反射率上升。然而，向第2面入射影像光时的平均反射率为10％以下，因此能够获得由杂散光和影像光的干涉出现的明暗图案的抑制效果，即影像的对比度提高效果。
[参考例3]
在表14中示出作为基体使用了折射率n＝1.5191的BK7(Shott Co.,Ltd.制)时的电介质多层膜的参考例3。将电介质多层膜的2个最外层中的第1层的折射率n1设为基体的折射率n的0.9n～1.15n的范围内的值，将第11层的折射率n1设为0.95n～1.15n的范围外的值。在模拟中，设计成将入射角25°下的反射率的目标值设为3±0.5％，并且入射角75°下的反射率最低，从而使各层的厚度最佳化。
[表14]
关于参考例3的电介质多层膜，在图21A中示出相对于入射角25°的反射率的波长依赖性，在图21B中示出相对于入射角75°的反射率的波长依赖性。
如图21A及图21B所示，对波长400nm～700nm的光的入射角25°下的平均反射率为2.73％，入射角75°下的平均反射率为5.59％。在作为向基体20中所具备的半反射镜30的相对于第1面31的入射角θ1假定为25°，作为相对于第2面32的入射角θ2假定为75°的情况下，向第2面32入射影像光时的平均反射率超过4％，与设计例相比，平均反射率上升。然而，向第2面入射影像光时的平均反射率为10％以下，因此能够获得由杂散光和影像光的干涉出现的明暗图案的抑制效果，即影像的对比度提高效果。
如上所述，若参考例1～3与设计例1～3进行比较，则第2面的反射率较大。即，如设计例1～3那样，在将基体的折射率设为n的情况下，电介质多层膜的2个最外层的折射率为0.90n～1.15n，由此能够更加有效地抑制第2面的反射率，通过为0.95n～1.15n，能够进一步有效地抑制第2面的反射率。另一方面，如设计例1～3那样，即使不满足在将基体的折射率设为n时电介质多层膜的2个最外层的折射率为0.90n～1.15n或0.95n～1.15n的条件的情况下，向第2面的影像光的平均反射率也满足10％以下，因此与向第2面的影像光的平均反射率超过10％的情况相比，能够获得影像的对比度提高效果。
“导光体的制作方法”
对感官评价试验中所使用的导光体的制作方法进行说明。
准备7张100mm×100mm×0.5mm厚度的基板(SF11)，在其中6张基板的一面形成了由电介质多层膜构成的半反射镜。具体而言，形成了设计例1所示的电介质多层膜。将设计例1所示的各层设为氮氧化硅膜。
此时，根据图8中所示的折射率的氮/氧流量比依赖性，氮/氧流量比如下述表15所设定。另外，膜厚如表1所示。溅射条件设为Ar气体流量＝60sccm，O2+N2气体流量＝60sccm，溅射功率＝750W、靶的直径＝6英寸，基板温度(设定)＝300℃、溅射气压＝0.2Pa。
[表15]
成膜后，用切片机切割成30mm×30mm的尺寸。
接着，对形成有电介质多层膜的基板及未形成电介质多层膜的基板的接合面照射离子束，并进行了清洗及激活。作为照射离子束的装置，使用了表16所示的装置。
[表16]
离子枪 RFΦ12cm离子束辅助源
网格 3张皿格
工艺气体 Ar
离子束照射的条件如表17所示。
[表17]
Ar溅射条件 数值
射束电压[V] 400
射束电流[mA] 75
加速器电压[V] 600
真空度[Pa] 0.05
照射时间[min] 5
上述离子束照射之后，在大气中重叠形成有电介质多层膜的基板6张和未形成电介质多层膜的基板1张之后，施加500g/cm2的荷载并保持1小时而获得了接合体。
之后，如图12所示，切割接合体，获得了在基体中6片半反射镜相对于第1反射面及第2反射面具有25°的倾斜并等间隔地配置的官能试验用导光体。
“耐久性评价”
接着，说明对如上述制造方法那样通过光学接触接合而形成的导光体的机械强度及环境耐久性进行了验证的结果。另外，为了耐久性试验，从与上述制造方法同样地制作的接合体切出侧面平行四边形的导光体127，如图22所示，切割导光体127的两端来制作了24个长方体的样品片S。将切割的端面的面积设为9mm2。
[强度试验1]
根据JIS K 6852试验来实施了机械强度试验。使用了IMADA CO.,LTD.制的强度试验机(型号DS2-500N)。如图23所示，在试验机的探针101与不锈钢台102之间设置样品片S之后，逐渐施加了荷载P直到产生破坏。对强度试验1用的12个样品片S进行了强度试验。在表18中示出关于各样品片的破坏荷载的结果。
[表18]
确认了各样品片的断裂的结果，从接合面产生破坏的样品个数为0个。一般而言，在接合光学部件彼此而成的接合部件中，在接合面产生破坏，但对于任何样品片，均在接合面以外的部位产生了破坏。根据该结果，关于多个样品的平均粘接强度(＝破坏平均荷载/样品面积)从破坏强度14.86kgf、样品面积0.09cm2及1kgf＝9.8N计算为1618N/cm2。因此，基于光学接触的接合面的粘接强度能够估算为1500N/cm2以上。
而且，作为可靠性试验，假设产品放置在恶劣环境下，进行高温高湿度试验及热冲击试验之后，以与上述相同的方法进行了强度试验。
[强度试验2]
作为高温高湿度试验，将强度试验2用的6个样品片S在85℃、85RH％的环境下保管了168小时。之后，以与上述相同的方式进行了强度试验。在表19中示出关于各样品片的破坏荷载的结果。
[表19]
样品ID 破坏荷载[kgf/cm2]
1 14.46
2 15.56
3 17.31
4 15.94
5 16.28
6 16.22
破坏荷载平均值 15.96
标准偏差 0.94
[强度试验3]
作为热冲击试验，对于强度试验3用的6个样品片S，将在80℃的温度槽中保管30分钟和在-20℃的温度槽中保管30分钟作为1个循环，将温度槽移动时间设为5分钟以下并重复进行了168个循环。之后，以与上述相同的方式进行了强度试验。在表20中示出关于各样品片的破坏荷载的结果。
[表20]
样品ID 破坏荷载[kgf/cm2]
1 13.83
2 13.95
3 14.25
4 13.10
5 13.85
6 14.77
破坏荷载平均值 13.96
标准偏差 0.55
在强度试验2、3中的任一个中，都确认了样品的断裂的结果，与强度试验1的情况相同地，从接合面产生破坏的样品个数为0个。根据该结果，即使放置在高温高湿度及热冲击的环境中，通过光学接触接合的接合面的粘接强度也几乎不会劣化。并且，在这些强度试验中，接合强度也估算为1500N/cm2。
如上所述，在导光体的制造中，通过使用光学接触，能够获得高机械强度及环境可靠性。
2020年12月28日申请的日本申请特愿2020-219155的发明其全部内容通过参考引用于本说明书中。
本说明书中所记载的所有文献、专利申请及技术标准与具体地且分别地记载通过参考而被并入的各个文献、专利申请及技术标准的情况相同程度地，通过参考并入本说明书中。

Claims (18)

1.一种导光体，其具备：
基体，其具有第1反射面和第2反射面，使入射的影像光被所述第1反射面和所述第2反射面全反射的同时进行传播；及
多个半反射镜，它们具有：第1面、和所述第1面的背面的第2面，并且包含电介质多层膜而构成，
所述多个半反射镜在所述基体内相对于所述第1反射面及所述第2反射面倾斜并彼此隔开配置，
所述基体及所述多个半反射镜被构成为：入射到所述基体的所述影像光分别一次以上入射到所述多个半反射镜中的至少一个半反射镜的所述第1面及所述第2面，
设所述基体的折射率为n的情况下，所述电介质多层膜的所述第1面侧及所述第2面侧的两个最外层的折射率为0.90n～1.15n。
2.根据权利要求1所述的导光体，其中，
所述电介质多层膜的所述最外层的折射率为0.95n～1.10n。
3.根据权利要求1所述的导光体，其中，
所述电介质多层膜的所述最外层的折射率为1.00n～1.05n。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的导光体，其中，
设：所述电介质多层膜的所述最外层的膜厚为d[nm]，折射率为n1，Δn＝{(n-n1)/n}×100[％]的情况下，Δn·d[％·nm]在-300～+300的范围内。
5.根据权利要求1至3中的任意一项所述的导光体，其中，
所述半反射镜相对于所述第1反射面及所述第2反射面的倾斜角为如下角度：在入射到所述基体内的所述影像光以5°～35°的入射角入射到所述第1面的情况下，所入射的所述影像光中透射了所述半反射镜的透射光被所述第1反射面或所述第2反射面反射之后，能够从所述第2面再入射。
6.根据权利要求5所述的导光体，其中，
所述半反射镜的所述倾斜角为所述透射光从所述第2面再入射时的入射角成为55°～85°的范围的角度。
7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的导光体，其中，
所述电介质多层膜交替地层叠有低折射率层和高折射率层，该低折射率层具有相对低的折射率，该高折射率层具有相对高的折射率。
8.根据权利要求1至7中的任意一项所述的导光体，其中，
所述电介质多层膜的所述两个最外层中的至少一个最外层与所述基体通过光学接触来接合。
9.根据权利要求1至8中的任意一项所述的导光体，其中，
所述电介质多层膜的所述两个最外层与所述基体直接接触。
10.根据权利要求1至中的任意一项所述的导光体，其中，
在所述半反射镜与所述基体之间不存在粘接剂。
11.根据权利要求1至10中的任意一项所述的导光体，其中，
所述电介质多层膜的各层含有硅、氧及氮。
12.根据权利要求1至10中的任意一项所述的导光体，其中，
所述电介质多层膜的各层为包含硅、铌、钽、铝、钛、钨及铬中至少1种的金属氧化物层。
13.根据权利要求1至12中的任意一项所述的导光体，其中，
所述基体的折射率为1.5以上。
14.根据权利要求1至13中的任意一项所述的导光体，其中，
所述基体为所述第1反射面与所述第2反射面平行的平行平板。
15.根据权利要求1至14中的任意一项所述的导光体，其中，
所述多个半反射镜相互平行地在所述影像光传播的方向上排列。
16.根据权利要求1所述的导光体，其中，
所述半反射镜对以入射角5°～35°入射的波长400nm～700nm的光的平均反射率为2％～4％，对以入射角55°～85°入射的所述光的平均反射率为10％以下。
17.一种导光体，其具备：
基体，其具有第1反射面和第2反射面，使入射的影像光被所述第1反射面和所述第2反射面全反射的同时进行传播；及
多个半反射镜，它们具有：第1面；和所述第1面的背面的第2面，并且包含电介质多层膜而构成，
所述多个半反射镜在所述基体内相对于所述第1反射面及所述第2反射面倾斜并彼此隔开配置，
所述基体及所述多个半反射镜被构成为：入射到所述基体的所述影像光分别一次以上入射到所述多个半反射镜中的至少一个半反射镜的所述第1面及所述第2面，
所述半反射镜对以入射角5°～35°入射的波长400nm～700nm的光的平均反射率为2％～4％，对以入射角55°～85°入射的所述光的平均反射率为10％以下。
18.一种影像显示装置，其具备：
影像光生成部，其生成影像光；
权利要求1至17中的任意一项所述的导光体，其传播所入射的所述影像光；及
光耦合部件，其使由所述影像光生成部生成的所述影像光入射到所述导光体内。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58190906A (ja) * 1982-05-01 1983-11-08 Sano Kiko Kk ビ−ムスプリツタ−
GB9206463D0 (en) * 1992-03-25 1992-07-22 Marconi Gec Ltd Head-up display system
FR2712990B1 (fr) * 1993-11-22 1996-04-05 Commissariat Energie Atomique Miroir à large bande et à haute réflectivité et procédé de réalisation d'un tel miroir.
IL166799A (en) * 2005-02-10 2014-09-30 Lumus Ltd Aluminum shale surfaces for use in a conductive substrate
JP5549342B2 (ja) 2010-04-14 2014-07-16 リコーイメージング株式会社 反射防止膜、及びこれを有する光学部材
IL219907A (en) * 2012-05-21 2017-08-31 Lumus Ltd Integrated head display system with eye tracking
IL237337B (en) 2015-02-19 2020-03-31 Amitai Yaakov A compact head-up display system with a uniform image
JP2020024237A (ja) * 2016-12-14 2020-02-13 コニカミノルタ株式会社 光学製品
DE112018002804B4 (de) * 2017-05-30 2022-10-20 Sony Corporation Optische vorrichtung, bildanzeigevorrichtung und anzeigevorrichtung
WO2019087576A1 (ja) 2017-10-30 2019-05-09 株式会社日立エルジーデータストレージ 導光板、及び映像表示装置
US11256004B2 (en) * 2018-03-20 2022-02-22 Invensas Bonding Technologies, Inc. Direct-bonded lamination for improved image clarity in optical devices
JP7128751B2 (ja) 2019-01-23 2022-08-31 株式会社日立エルジーデータストレージ 導光板および映像表示装置
CN111610635B (zh) * 2020-06-24 2022-05-27 京东方科技集团股份有限公司 一种ar光学系统及ar显示设备

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