DE112021006585T5

DE112021006585T5 - Lichtleitplatte

Info

Publication number: DE112021006585T5
Application number: DE112021006585.8T
Authority: DE
Inventors: Satoko Konoshita
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2020-12-21
Filing date: 2021-12-14
Publication date: 2023-10-05
Also published as: CN116583767A; JP2022097824A; WO2022138326A1; US20240103226A1

Abstract

Es wird eine Lichtleitplatte bereitgestellt, die bei Verwendung als Lichtleitplatte einer brillenartigen Vorrichtung, beispielsweise einer tragbaren Vorrichtung für AR/MR, in der Lage ist, die Farbreproduzierbarkeit eines Bildes zu verbessern. Eine Lichtleitplatte 10 umfasst eine Glasplatte 1 und eine auf einer Hauptoberfläche der Glasplatte 1 ausgebildete Harzschicht 2. Der Unterschied in der Abbe-Zahl vd zwischen der Glasplatte 1 und der Harzschicht 2 beträgt weniger als 10. Die Brechungsindizes nd der Glasplatte 1 und der Harzschicht 2 betragen 1,7 oder mehr und der Unterschied zwischen den Brechungsindizes nd beträgt 1,0 oder weniger.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtleitplatte, die in einer brillenartigen Vorrichtung, wie einer tragbaren Vorrichtung für erweiterte Realität (Augmented Reality, AR)/gemischte Realität (Mixed Reality, MR) verwendet wird.
Stand der Technik
In den letzten Jahren wurden brillenartige Vorrichtungen wie tragbare Vorrichtungen für AR/MR entwickelt. Bei diesen brillenartigen Vorrichtungen handelt es sich um Durchsicht-Vorrichtungen, mit denen ein auf einer Lichtleitplatte eines Brillenteils angezeigtes Bild betrachtet werden kann, während die Außenszenerie betrachtet wird. Mit solchen Durchsicht-Vorrichtungen ist es möglich, eine 3D-Anzeige zu erreichen, durch Anzeigen unterschiedlicher Bilder auf Lichtleitplatten, die der linken und rechten Pupille eines Benutzers entsprechen, oder durch direktes Projizieren eines Bildes auf die Netzhaut des Benutzers, durch Verwenden der Augenlinsen der Pupillen, ein Bild mit der Netzhaut zu verbinden.
Verfahren zum Anzeigen eines Bildes unter Verwendung einer Lichtleitplatte beinhalten ein Verfahren, bei dem ein Beugungsgitter, das an einer einfallsseitigen Oberfläche einer Lichtleitplatte ausgebildet ist, verwendet wird, um zu bewirken, dass gerichtetes Licht oder Laserlicht, das von einem Bildanzeigeelement emittiert wird, in die Lichtleitplatte einfällt, wobei das einfallende Licht geleitet wird, während es innerhalb der Lichtleitplatte total reflektiert wird, und das Licht durch ein Beugungsgitter, das an einer Oberfläche auf der Emissionsseite ausgebildet ist, nach außen extrahiert wird und veranlasst wird, dass es auf die Pupille eines Benutzers einfällt.
Für die Lichtleitplatte wurde eine Lichtleitplatte vorgeschlagen, bei der eine Oberfläche einer Glasplatte, die einen hohen Brechungsindex und eine ausgezeichnete Steifigkeit aufweist, mit Harz beschichtet wird und dann durch eine Nanoimprint-Technik ein hochauflösendes Beugungsgitter gebildet wird (siehe beispielsweise Patentdokument 1).
Zitatliste
Patentliteratur: Patentdokument 1: JP 2020-8599 A
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Wenn eine Lichtleitplatte aus einer mit Harz beschichteten Glasplatte in einer brillenartigen Vorrichtung wie einer tragbaren Vorrichtung für AR/MR verwendet wird, ist es möglicherweise nicht möglich, ein Bild mit guter Farbreproduzierbarkeit zu projizieren.
Angesichts des oben Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lichtleitplatte bereitzustellen, die bei Verwendung als Lichtleitplatte einer brillenartigen Vorrichtung, beispielsweise einer tragbaren Vorrichtung für AR/MR, in der Lage ist, die Farbreproduzierbarkeit eines Bildes zu verbessern.
Lösung des Problems
Die erfindungsgemäße Lichtleitplatte umfasst eine Glasplatte und eine auf einer Hauptoberfläche der Glasplatte gebildete Harzschicht. Der Unterschied in der Abbe-Zahl vd zwischen der Glasplatte und der Harzschicht beträgt weniger als 10. Die Brechungsindizes nd der Glasplatte und der Harzschicht betragen 1,7 oder mehr und der Unterschied zwischen den Brechungsindizes nd beträgt 1,0 oder weniger.
Die erfindungsgemäße Lichtleitplatte umfasst eine Glasplatte und eine Harzschicht, die jeweils einen dem jeweiligen Material entsprechenden Brechungsindex aufweisen. Wenn hier der Unterschied im Brechungsindex zwischen der Glasplatte und der Harzschicht gering ist, ist es möglich, die Lichtstreuung an der Grenzfläche zwischen der Glasplatte und der Harzschicht zu unterdrücken. Der Brechungsindex eines jeden Materials hängt jedoch von der Wellenlänge ab und daher kann der Unterschied im Brechungsindex je nach Wellenlänge variieren. Selbst wenn beispielsweise der Unterschied im Brechungsindex zwischen der Glasplatte und der Harzschicht gering ist und die Lichtstreuung an der Grenzfläche zwischen der Glasplatte und der Harzschicht bei einer bestimmten Wellenlänge unterdrückt werden kann, kann der Unterschied im Brechungsindex zwischen der Glasplatte und der Harzschicht groß sein und die Lichtstreuung an der Grenzfläche zwischen der Glasplatte und der Harzschicht kann bei einer anderen Wellenlänge zunehmen. Daher konzentrierte sich der Erfinder der vorliegenden Erfindung auf die Abbe-Zahl vd, die ein Indikator für die Wellenlängenabhängigkeit des Brechungsindex ist, und stellte fest, dass das oben beschriebene Problem gelöst werden kann, indem der Unterschied in der Abbe-Zahl vd zwischen der Glasplatte und der Harzschicht wie oben beschrieben verringert wird. Insbesondere wenn der Unterschied in der Abbe-Zahl vd zwischen der Glasplatte und der Harzschicht verringert wird, wird der Unterschied in der Steigung zwischen Kurven, die die Wellenlängenabhängigkeit der Brechungsindizes der Glasplatte und der Harzschicht angeben, verringert, so dass Schwankungen im Unterschied zwischen den Brechungsindizes bei jeder Wellenlänge verringert werden. Dadurch ist es möglich, die Lichtstreuung an der Grenzfläche zwischen der Glasplatte und der Harzschicht bei jeder Wellenlänge zu unterdrücken. Daher kann die Farbreproduzierbarkeit eines Bildes verbessert werden.
Darüber hinaus beträgt bei der erfindungsgemäßen Lichtleitplatte der Unterschied im Brechungsindex nd zwischen der Glasplatte und der Harzschicht 1,0 oder weniger, und somit ist der Unterschied im Brechungsindex zwischen der Glasplatte und der Harzschicht gering und ein Lichtstreuungsverlust an der Grenzfläche zwischen der Glasplatte und der Harzschicht ist weniger wahrscheinlich.
Bei der erfindungsgemäßen Lichtleitplatte weist die Glasplatte vorzugsweise eine Dicke von 0,1 mm bis 1 mm auf und die Harzschicht weist vorzugsweise eine Dicke von 1 µm oder weniger auf. Die Intensität des auf die Lichtleitplatte einfallenden Lichts nimmt hauptsächlich aufgrund eines Verlusts durch Lichtstreuung, der durch den Unterschied im Brechungsindex an der Grenzfläche zwischen der Glasplatte und der Harzschicht verursacht wird, und einem Verlust durch Absorption innerhalb der Glasplatte und der Harzschicht ab. Wenn die Dicke der Glasplatte oder der Harzschicht gering ist, verringert sich der Absorptionsverlust innerhalb der Glasplatte oder der Harzschicht und der Einfluss des Lichtstreuverlusts an der Grenzfläche zwischen der Glasplatte und der Harzschicht neigt dazu groß zu sein. Wenn also die Dicke der Glasplatte oder der Harzschicht wie oben beschrieben gering ist, wird die Wirkung der vorliegenden Erfindung leicht erreicht.
Die erfindungsgemäße Lichtleitplatte weist vorzugsweise eine innere Durchlässigkeit von 70 % oder mehr bei einer Wellenlänge von 450 nm bis 650 nm auf, wenn die Glasplatte eine Dicke von 10 mm aufweist. Dadurch wird der Absorptionsverlust bei der Lichtführung innerhalb der Glasplatte verringert und die Intensität des emittierten Lichts kann erhöht werden.
Bei der Lichtleitplatte der vorliegenden Erfindung beträgt der Unterschied zwischen den externen Transmissionsgraden bei Wellenlängen von 450 nm und 650 nm vorzugsweise 5 % oder weniger. Auf diese Weise werden Schwankungen in der Intensität des von der Lichtleitplatte emittierten Lichts, die von der Wellenlänge abhängen, verringert und die Farbreproduzierbarkeit des Bildes wird einfach verbessert.
Bei der erfindungsgemäßen Lichtleitplatte weisen die Hauptoberflächen der Glasplatte vorzugsweise eine Oberflächenrauheit Ra von 5 nm oder weniger auf. Wenn Licht reflektiert und zwischen den Hauptoberflächen der Glasplatte geleitet wird, ist es auf diese Weise möglich, Lichtstreuverluste an den Hauptoberflächen der Glasplatte zu unterdrücken und die Intensität des emittierten Lichts zu erhöhen.
Bei der erfindungsgemäßen Lichtleitplatte ist vorzugsweise eine unebene Struktur auf einer Oberfläche der Harzschicht ausgebildet. Auf diese Weise fungiert die Harzschicht als Beugungsgitter und kann bewirken, dass Licht von außen in die Glasplatte einfällt und Licht aus dem Inneren der Glasplatte nach außen emittiert wird.
Bei der erfindungsgemäßen Lichtleitplatte besteht die Harzschicht vorzugsweise aus einem lichthärtbaren Harz. Auf diese Weise ist es möglich, eine unebene Struktur mit einer Form in der Größenordnung von Nanometern leicht zu erhalten.
Eine erfindungsgemäße tragbare Vorrichtung für AR/MR umfasst eine der oben beschriebenen Lichtleitplatten.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Erfindungsgemäß ist es möglich, eine Lichtleitplatte bereitzustellen, die bei Verwendung als Lichtleitplatte einer brillenartigen Vorrichtung, beispielsweise einer tragbaren Vorrichtung für AR/MR, in der Lage ist, die Farbreproduzierbarkeit eines Bildes zu verbessern.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lichtleitplatte zeigt.
2 ist ein Diagramm, das die Transmissionskurven einer Lichtleitplatte und einer Glasplatte gemäß Beispiel 2 zeigt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lichtleitplatte beschrieben.
1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lichtleitplatte zeigt. Eine Lichtleitplatte 10 umfasst eine Glasplatte 1 und eine Harzschicht 2. Die Harzschicht 2 umfasst Harzschichten 2a und 2b, von denen jede auf einer Hauptoberfläche der Glasplatte 1 ausgebildet ist. Insbesondere ist die Harzschicht 2a auf einer Oberfläche eines Lichteinfallsabschnitts der Glasplatte 1 ausgebildet und die Harzschicht 2b ist auf einer Oberfläche eines Lichtemissionsabschnitts der Glasplatte 1 ausgebildet. Eine unebene Struktur ist auf einer Oberfläche der Harzschichten 2a und 2b ausgebildet und somit fungieren die Harzschichten 2a und 2b als Beugungsgitter.
Licht, das von einem (nicht gezeigten) Bildanzeigeelement emittiert wird, fällt als einfallendes Licht L1 auf die Lichtleitplatte 10. Das einfallende Licht L1 wird von der Harzschicht 2a gebeugt und fällt in die Glasplatte 1. Das einfallende Licht L1 wird innerhalb der Glasplatte 1 zum Lichtemissionsabschnitt geleitet, während es zwischen den beiden Hauptoberflächen der Glasplatte 1 total reflektiert wird Das einfallende Licht L1 wird durch die am Lichtemissionsabschnitt gebildete Harzschicht 2b gebeugt, wird als emittiertes Licht L2 zur Außenseite der Glasplatte 1 emittiert und trifft auf die Pupille einer Person. Auf diese Weise kann ein vom Bildanzeigeelement projiziertes Bild betrachtet werden. Die Lichtleitplatte 1 ist transparent und vom Durchsichttyp, so dass die Außenszenerie auch gleichzeitig durch die Lichtleitplatte 1 betrachtet werden kann. Es gilt zu beachten, dass das einfallende Licht L1 und das emittierte Licht L2 sichtbares Licht sind und beispielsweise Licht mit einem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 800 nm sind.
Glasplatte 1
Die Glasplatte 1 weist einen Brechungsindex (nd) von 1,7 oder größer, vorzugsweise 1,8 oder größer, 1,9 oder größer, 1,95 oder größer und besonders bevorzugt 1,98 oder größer auf. Andererseits beträgt die Obergrenze des Brechungsindex der Glasplatte 1 vorzugsweise 2,1 oder weniger, 2,05 oder weniger, 2,03 oder weniger und besonders bevorzugt 2,01 oder weniger. Wenn der Brechungsindex der Glasplatte 1 zu niedrig ist, neigt der Betrachtungswinkel (FOV) dazu, schmal zu sein, wenn die Glasplatte 1 in einer Lichtleitplatte einer tragbaren Vorrichtung für AR/MR oder dergleichen verwendet wird. Wenn andererseits der Brechungsindex zu hoch ist, treten Defekte wie Entglasung und Schlieren auf und die innere Durchlässigkeit nimmt eher ab.
Die Abbe-Zahl eines optischen Glases 1 ist nicht besonders eingeschränkt. Allerdings weist Harz mit einem Brechungsindex von 1,7 oder mehr häufig eine Abbe-Zahl von 30 oder weniger auf. Unter dem Gesichtspunkt der Verringerung der Differenz der Abbe-Zahl gegenüber der Harzschicht 2 beträgt die Untergrenze der Abbe-Zahl des optischen Glases 1 vorzugsweise 20 oder mehr, 22 oder mehr und besonders bevorzugt 25 oder mehr und die Obergrenze davon beträgt vorzugsweise 30 oder weniger und besonders bevorzugt 28 oder weniger.
Die Dicke der Glasplatte 1 beträgt vorzugsweise 0,1 mm oder mehr, 0,15 mm oder mehr und besonders bevorzugt 0,2 mm oder mehr und beträgt vorzugsweise 1 mm oder weniger, 0,5 mm oder weniger, 0,4 mm oder weniger und besonders bevorzugt 0,3 mm oder weniger.
Wenn die Dicke der Glasplatte 1 zu gering ist, verringert sich eher die mechanische Festigkeit. Wenn andererseits die Dicke der Glasplatte 1 zu groß ist, erhöht sich das Gewicht der tragbaren Vorrichtung, das die Glasplatte 1 verwendet, was tendenziell dazu führt, dass ein Benutzer, der die Vorrichtung trägt, ein unangenehmeres Gefühl verspürt.
Der lange Durchmesser (eine Diagonale im Fall eines Rechtecks) der Hauptflächen der Glasplatte 1 weist vorzugsweise eine Länge von 100 mm oder weniger, 80 mm oder weniger und besonders bevorzugt 50 mm oder weniger auf. Auf diese Weise ist es möglich, die Größe der tragbaren Vorrichtung zu reduzieren. Die Untergrenze der Länge unterliegt keiner besonderen Beschränkung, liegt jedoch realistischerweise bei 10 mm oder mehr und insbesondere bei 300 mm oder mehr.
Es gilt zu beachten, dass je kompakter (je kleiner die Dicke oder der große Durchmesser) die Glasplatte 1 ist, desto kürzer ist die optische Weglänge, wenn Licht innerhalb der Glasplatte 1 geleitet wird, und desto geringer sind der interne Absorptionsverlust und der Einfluss des Lichtstreuverlusts an der Grenzfläche zwischen der Glasplatte 1 und der Harzschicht 2 ist tendenziell relativ groß. Wenn somit die Dicke der Glasplatte 1 wie oben beschrieben gering ist, wird die Wirkung der vorliegenden Erfindung leicht erreicht.
Wenn die Dicke der Glasplatte 1 10 mm beträgt, weist die Glasplatte 1 vorzugsweise eine innere Durchlässigkeit von 70 % oder mehr, 80 % oder mehr, 90 % oder mehr und besonders bevorzugt 95 % oder mehr bei einer Wellenlänge von 450 nm bis 650 nm auf. Auf diese Weise ist es möglich, Absorptionsverluste zu unterdrücken, wenn Licht in die Glasplatte 1 geleitet wird, und die Intensität des emittierten Lichts zu erhöhen.
Eine erste Hauptoberfläche 1a und eine zweite Hauptoberfläche 1b der Glasplatte 1 weisen vorzugsweise eine Oberflächenrauheit Ra von 5 nm oder weniger, 3 nm oder weniger und besonders bevorzugt 2 nm oder weniger auf. Wenn die Oberflächenrauheit Ra der ersten Hauptoberfläche 1a und der zweiten Hauptoberfläche 1b der Glasplatte 1 zu groß ist, kann es zu Streuverlusten kommen, wenn in die Glasplatte 1 einfallendes Licht geleitet wird, während es wiederholt total reflektiert wird, und es ist schwierig, ein helles und scharfes Bild zu erhalten. Die Untergrenze der Oberflächenrauheit Ra der ersten Hauptoberfläche 1a und der zweiten Hauptoberfläche 1b der Glasplatte 1 unterliegt keiner besonderen Beschränkung, liegt jedoch realistischerweise bei 0,1 nm oder mehr.
Die Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert des Abstands zwischen der ersten Hauptoberfläche 1a und der zweiten Hauptoberfläche 1b (Gesamtdickenvariation (TTV)) der Glasplatte 1 beträgt vorzugsweise 5 µm oder weniger, 3 µm oder weniger und besonders bevorzugt 1 µm oder weniger. Wenn die TTV zu groß ist, ist es schwierig, das in die Glasplatte 1 einfallende Licht jeder Wellenlänge innerhalb der Glasplatte 1 genau zu leiten, und die Schärfe des erhaltenen Bildes nimmt eher ab.
Als Glaszusammensetzung enthält die Glasplatte 1 vorzugsweise SiO₂ oder B₂O₃, die Komponenten sind, die die Stabilität der Vitrifizierung verbessern, und La₂O₃ oder Nb₂O₅, die Komponenten sind, die den Brechungsindex erhöhen. Wenn diese Komponenten enthalten sind, lässt sich Glas mit einem hohen Brechungsindex und einer hervorragenden Massenproduktivität leicht erhalten.
Bevorzugte Bereiche jeder Komponente werden unten beschrieben. Es gilt zu beachten, dass in der folgenden Beschreibung „%“ „Massen-%“ bedeutet, sofern es nicht anders angegeben ist.
SiO₂ ist eine Komponente, die für die Vitrifizierung wirksam ist, aber den Brechungsindex stark verringert. So beträgt der Gehalt an SiO₂ vorzugsweise 1 % bis 45 %, besonders bevorzugt 3 % bis 35 %.
B₂O₃ ist eine Komponente, die für die Vitrifizierung wirksam ist, aber die Abbe-Zahl erhöht. Wenn der Gehalt an B₂O₃ zu hoch ist, ist es daher schwierig, die gewünschte Abbe-Zahl (beispielsweise 30 oder weniger) zu erhalten. Daher beträgt der Gehalt an B₂O₃ vorzugsweise 10 % oder weniger und besonders bevorzugt 9,5 % oder weniger. Die Untergrenze des Gehalts an B₂O₃ ist nicht besonders eingeschränkt, beträgt jedoch vorzugsweise 1 % oder mehr und besonders bevorzugt 2 % oder mehr, um die Stabilität der Vitrifizierung zu erhöhen.
Es gilt zu beachten, dass der Gehalt an SiO₂ + B₂O₃ vorzugsweise 1 % bis 55 % und besonders bevorzugt 5 % bis 40 % beträgt. Es gilt zu beachten, dass sich „x + y +...“, wie hierin verwendet, auf die Gesamtmenge der Komponenten bezieht.
La₂O₃ ist eine Komponente, die den Brechungsindex deutlich erhöht und die Stabilität der Vitrifizierung verbessert. Der Gehalt an La₂O₃ beträgt vorzugsweise 0 % bis 60 %, 10 % bis 55 %, 20 % bis 52 % und besonders bevorzugt 30 % bis 50 %. Wenn der Gehalt an La₂O₃ zu hoch ist, nimmt die Entglasungsbeständigkeit ab und die Massenproduktivität verschlechtert sich tendenziell.
Nb₂O₅ ist eine Komponente, die den Brechungsindex deutlich erhöht. Darüber hinaus bewirkt Nb₂O₅ eine Verringerung der Abbe-Zahl. Der Gehalt an Nb₂O₅ beträgt vorzugsweise 0 % bis 40 %, 3 % bis 40 % und besonders bevorzugt 5 % bis 39 %.
Es gilt zu beachten, dass der Gehalt an La₂O₃ + Nb₂O₅ vorzugsweise 20 % bis 70 % und besonders bevorzugt 30 % bis 65 % beträgt.
Als Komponente zur Erhöhung des Brechungsindex können neben La₂O₃ und Nb₂O₅ auch Gd₂O₃, Y₂O₃ oder Yb₂O₃ enthalten sein.
Wie bei La₂O₃ kann der Gehalt an Gd₂O₃ im Glas hoch sein, aber wenn der Gehalt zu hoch ist, erhöht sich die Dichte des Glases. Darüber hinaus kommt es auch leicht zu einer Entglasung. Daher beträgt der Gehalt an Gd₂O₃ vorzugsweise 0 % bis 20 % und besonders bevorzugt 1 % bis 10 %.
Der Gehalt an Y₂O₃ und der Gehalt an Yb₂O₃ betragen jeweils vorzugsweise 0 % bis 10 % und besonders bevorzugt 0,1 % bis 8 %. Wenn der Gehalt dieser Komponenten zu hoch ist, kommt es leicht zur Entglasung.
Wenn der Gehalt an Ln₂O₃ (wobei Ln mindestens eines aus der Gruppe bestehend aus La, Gd, Y und Yb ist) erhöht wird, wird ein gewünschter hoher Brechungsindex (beispielsweise 1,7 oder mehr, 1,8 oder mehr oder sogar 1,9 oder mehr) leicht erreicht. Wenn der Gehalt an Ln₂O₃ jedoch zu hoch ist, kommt es leicht zur Entglasung. Daher beträgt der Gehalt an Ln₂O₃ vorzugsweise 40 % bis 65 %, 45 % bis 63 % und besonders bevorzugt 48 % bis 60 %.
Zusätzlich zu den oben genannten Komponenten ist vorzugsweise TiO₂ oder ZrO₂ enthalten, die zur Verbesserung des Brechungsindex beitragen.
TiO₂ ist eine Komponente, die den Brechungsindex erhöht und die Abbe-Zahl verringert. Der Gehalt an TiO₂ beträgt vorzugsweise 5 % bis 40 %, besonders bevorzugt 10 % bis 30 %. Wenn der Gehalt an TiO₂ zu niedrig ist, sind die oben beschriebenen Effekte nur schwer zu erreichen. Wenn andererseits der Gehalt an TiO₂ zu hoch ist, nimmt die Durchlässigkeit ab und die Stabilität der Vitrifizierung verschlechtert sich.
ZrO₂ ist auch eine Komponente, die den Brechungsindex erhöht und die Abbe-Zahl verringert. Der Gehalt an ZrO₂ beträgt vorzugsweise 1 % bis 10 %, besonders bevorzugt 3 % bis 8 %. Bei einem zu geringen Gehalt an ZrO₂ sind die oben beschriebenen Effekte nur schwer zu erreichen. Wenn andererseits der Gehalt an ZrO₂ zu hoch ist, nimmt die Transmission ab und die Stabilität der Vitrifizierung verschlechtert sich.
Darüber hinaus kann mit dem Ziel, die Stabilität der Vitrifizierung zu verbessern, insgesamt eine Alkalimetallkomponente (Li₂O, Na₂O oder K₂O), eine Erdalkalimetallkomponente (MgO, CaO, SrO oder BaO) oder ZnO in einer Gesamtmenge von 0 % bis 30 % enthalten sein. Es gilt zu beachten, dass die Alkalimetallkomponente enthalten sein kann, um den Brechungsindex und die Abbe-Zahl anzupassen. Insbesondere neigt die Alkalimetallkomponente dazu, den Brechungsindex und die Abbe-Zahl zu verringern. Der Gehalt der Alkalikomponente beträgt vorzugsweise 0 % bis 20 %.
Sb₂O₃ kann in einem Bereich von 0,1 % oder weniger enthalten sein, um die Klarheit und Durchlässigkeit zu verbessern.
Da As-Komponenten (wie As₂O₃), Pb-Komponenten (wie PbO) und Fluor-Komponenten (wie F₂) schädlich für die Umwelt sind, ist es vorzuziehen, dass diese Komponenten im Wesentlichen nicht enthalten sind. Bi₂O₃ und TeO sind färbende Komponenten und neigen dazu, die Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich zu verringern. Daher ist es vorzuziehen, dass diese Komponenten im Wesentlichen nicht enthalten sind. „Im Wesentlichen nicht enthalten“ bedeutet hier, dass die Komponente nicht absichtlich als Rohstoff enthalten ist und schließt Fälle einer unvermeidbaren Kontamination durch Verunreinigungen nicht aus. Objektiv bedeutet dies, dass der Gehalt jeder oben genannten Komponente weniger als 0,1 % beträgt.
Eine Vielzahl der Glasplatten 1 kann geschichtet sein und als Schichtkörper verwendet werden. Wenn die Glasplatte 1 als Lichtleitplatte einer tragbaren Vorrichtung verwendet wird, können auf diese Weise Bilder projiziert werden, während sie in einer Tiefenrichtung eines Anzeigebildschirms überlappt werden, und somit ist es möglich, ein 3D-Bild zu erhalten. Die Anzahl der geschichteten Schichten beträgt vorzugsweise drei oder mehr und besonders bevorzugt sechs oder mehr.
Harzschicht 2
Die Harzschicht 2 weist einen Brechungsindex (nd) von 1,7 oder mehr, vorzugsweise 1,8 oder mehr, 1,9 oder mehr, 1,95 oder mehr und besonders bevorzugt 1,98 oder mehr auf. Andererseits beträgt die Obergrenze des Brechungsindex der Harzschicht 2 vorzugsweise 2,1 oder weniger, 2,05 oder weniger, 2,03 oder weniger und besonders bevorzugt 2,01 oder weniger. Auf diese Weise wird der Unterschied im Brechungsindex zwischen der Glasplatte 1 und der Harzschicht 2 verringert und es ist weniger wahrscheinlich, dass ein Lichtstreuungsverlust an der Grenzfläche zwischen der Glasplatte 1 und der Harzschicht 2 auftritt.
Der Unterschied im Brechungsindex (nd) zwischen der Glasplatte 1 und der Harzschicht 2 beträgt 1,0 oder weniger, vorzugsweise 0,5 oder weniger, 0,3 oder weniger, 0,2 oder weniger und besonders bevorzugt 0,15 oder weniger. Auf diese Weise wird der Unterschied im Brechungsindex zwischen der Glasplatte 1 und der Harzschicht 2 verringert und es ist weniger wahrscheinlich, dass ein Lichtstreuungsverlust an der Grenzfläche zwischen der Glasplatte 1 und der Harzschicht 2 auftritt.
Unter Berücksichtigung des Unterschieds in der Abbe-Zahl zum optischen Glas 1 beträgt die Untergrenze der Abbe-Zahl der Harzschicht 2 beispielsweise vorzugsweise 10 oder mehr, 15 oder mehr, 20 oder mehr und besonders bevorzugt 25 oder mehr, und die Obergrenze davon beträgt vorzugsweise 45 oder weniger, 40 oder weniger, 35 oder weniger und besonders bevorzugt 30 oder weniger.
Der Unterschied in der Abbe-Zahl (vd) zwischen der Glasplatte 1 und der Harzschicht 2 beträgt weniger als 10, vorzugsweise 8 oder weniger, 5 oder weniger und besonders bevorzugt 3 oder weniger. Auf diese Weise kann aus den oben beschriebenen Gründen die Lichtstreuung an der Grenzfläche zwischen der Glasplatte 1 und der Harzschicht 2 bei jeder Wellenlänge unterdrückt werden, und es ist möglich, die Farbreproduzierbarkeit eines Bildes zu verbessern.
Es gilt zu beachten, dass Beispiele für Indikatoren für die Farbreproduzierbarkeit eines Bildes die Differenz zwischen den externen Transmissionsgraden (Transmissionsgraden einschließlich Reflexionsverlust) bei Wellenlängen von 450 nm und 650 nm der Lichtleitplatte 10 umfassen, bei der es sich um einen Schichtkörper einschließlich der Glasplatte 1 und der Harzschicht 2 handelt. Der Unterschied zwischen den externen Transmissionsgraden bei den Wellenlängen von 450 nm und 650 nm der Lichtleitplatte 10 beträgt vorzugsweise 5 % oder weniger, 4 % oder weniger, 3 % oder weniger und besonders bevorzugt 2,5 % oder weniger. Auf diese Weise werden Schwankungen in der Intensität des von der Lichtleitplatte 10 emittierten Lichts, die von der Wellenlänge abhängen, verringert und die Farbreproduzierbarkeit des Bildes wird einfach verbessert.
Die Harzschicht 2 weist vorzugsweise eine Dicke von 5 µm oder weniger, 1 µm oder weniger und besonders bevorzugt 0,5 µm oder weniger auf. Wenn die Dicke der Harzschicht 2 zu groß ist, nimmt die Lichtabsorption zu und die Intensität des von der Lichtleitplatte 10 emittierten Lichts nimmt eher ab. Die untere Grenze der Dicke der Harzschicht 2 ist nicht besonders beschränkt, beträgt jedoch vorzugsweise 0,01 µm oder mehr und besonders bevorzugt 0,1 µm oder mehr, um eine gewünschte unebene Struktur an der Oberfläche der Harzschicht 2 zu bilden. Es gilt zu beachten, dass je kleiner die Dicke der Harzschicht 2 ist, desto geringer ist der Absorptionsverlust innerhalb der Harzschicht 2, und der Einfluss des Lichtstreuverlusts an der Grenzfläche zwischen der Glasplatte 1 und der Harzschicht 2 ist tendenziell relativ groß. Wenn somit die Dicke der Harzschicht 2 wie oben beschrieben gering ist, wird die Wirkung der vorliegenden Erfindung leicht erreicht.
Wenn an der Oberfläche der Harzschicht 2 eine unebene Struktur gebildet wird, kann die Höhe der unebenen Struktur geeignet eingestellt werden, um eine gewünschte Beugungsleistung zu erzielen. Beispielsweise kann die Höhe der unebenen Struktur 0,01 bis 0,2 µm und sogar 0,03 bis 0,1 µm betragen.
Die Harzschicht 2 ist vorzugsweise ein lichthärtbares Harz. Auf diese Weise ist es möglich, leicht eine unebene Struktur mit einer Form in der Größenordnung von Nanometern zu erhalten.
Beispiele
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen beschrieben, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Beispiele beschränkt.

Tabelle 1 zeigt Beispiele (Nr. 1 bis 3) der vorliegenden Erfindung und ein Vergleichsbeispiel (Nr. 4). Tabelle 2 zeigt die Zusammensetzungen der in den Beispielen und Vergleichsbeispielen verwendeten Glasplatten. [Tabelle 1]

		Nr. 1	Nr. 2	Nr. 3	Nr. 4
Glasplatte	Brechungsindex nd Abbe-Zahl vd Oberflächenrauheit Ra [nm] innere Durchlässigkeit [%] Dicke [mm]	1,82	1,99	1,82	1,82
		25	28	25	25
		1	0,3	1	0.3
		97	98	97	97
		0,3	0,3	0,3	0,3
Resin layer	Brechungsindex nd Abbe-Zahl vd innere Durchlässigkeit [%] Dicke [mm]	1,73	2,10	1,73	1,71
		33	29	24	36
		99	99	99	99
		0,5	0,5	0,5	0,5
Unterschied im Brechungsindex zwischen der Glasplatte und der Harzschicht Unterschied in der Abbe-Zahl zwischen der Glasplatte und der Harzschicht		0,09	0,11	0,09	0,11
		8	1	1	11
Unterschied zwischen Durchlässigkeiten bei Wellenlängen von 650 nm und 450 nm der Lichtleitplatte [%]		2	2	2	7

Tabelle 2

Massen-%	Nr. 1, 3, 4	Nr. 2
SiO₂	32	6
B₂O₃		9
SrO		1
Li₂O	2
Na₂O	11
TiO₂	14	14
ZrO₂	5	6
Nb₂O₅	36	7
La₂O₃		44
Gd₂O₃		8
Y₂O₃		5
Sb₂O₃	0,08

Beim vorliegenden Beispiel wurden Unterschiede zwischen den Wellenlängen entsprechenden externen Transmissionsgraden für Lichtleitplatten bewertet, bei denen eine Harzschicht auf einer Oberfläche einer Glasplatte ausgebildet ist und die die in den Tabellen 1 und 2 gezeigten Eigenschaften und Zusammensetzungen aufweisen. Insbesondere wurde der Unterschied zwischen den externen Transmissionsgraden der Lichtleitplatte bei den Wellenlängen 450 nm und 650 nm gemessen. Es wurden Rohmaterialien hergestellt, um die in Tabelle 2 gezeigte Zusammensetzung zu erhalten. Die Rohmaterialien wurden geschmolzen und bei 1250 °C bis 1400 °C unter Verwendung eines Platintiegels in der Atmosphäre gegossen, um einen Glasformkörper zu erhalten. Anschließend wurde der Glasformkörper geschnitten und poliert, um die Glasplatten herzustellen. Als Harz, das die Harzschicht bildet, wurde ein Harz mit einem Brechungsindex von 1,71 bis 2,10, einer Abbe-Zahl von 24 bis 36 und einer inneren Durchlässigkeit von 99 % verwendet. Es gilt zu beachten, dass 2 eine Kurve der externen Transmission einer Lichtleitplatte gemäß Beispiel 2 zeigt.
Als Referenz zeigt 2 außerdem eine Kurve der äußeren Durchlässigkeit einer in Beispiel 2 verwendeten Glasplatte.
Die Oberflächenrauheit Ra der Glasplatte wurde mit einem AFM Dimension Icon von Bruker Corporation bei einer Scangröße von 10 µm und einer Scangeschwindigkeit von 1 Hz gemessen.
Der Brechungsindex der Glasplatte wurde wie folgt gemessen. Glasplatten mit einer Dicke von 0,3 mm wurden im rechten Winkel geschnitten oder im rechten Winkel poliert. Die Schnittfläche bzw. die polierte Fläche wurde mit Polierpapier Nr. 1000 hochglanzpoliert. Anschließend wurden zwei der Glasplatten unter Verwendung einer den Brechungsindex anpassenden Immersionsflüssigkeit (Kalnew) mit einem Brechungsindex von 1,78 miteinander verbunden. Die Messung wurde mit einem KPR-2000 durchgeführt, der von der Shimadzu Corporation erhältlich ist. Die Abbe-Zahl wurde aus den Brechungsindizes berechnet, die bei jeder Wellenlänge der d-Linie, der C-Linie und der F-Linie erhalten wurden.
Die innere Durchlässigkeit der Glasplatte wurde wie folgt gemessen. Aus dem durch das oben beschriebene Verfahren hergestellten Glasformkörper werden Glasplatten mit einer Größe von 10 x 10 mm oder größer und einer Dicke von 10 mm sowie Glasplatten mit einer Größe von 10 x 10 mm oder größer und einer Dicke von 3 mm hergestellt. Diese Glasplatten wurden mit Polierpapier Nr. 1000 oder Cer-Polierpulver hochglanzpoliert. Für diese Glasplatten wurde die interne Durchlässigkeit ohne Reflexionsverlust anhand der Durchlässigkeit bestimmt, die bei einer Messung mit einem UV-3100 von Shimadzu Corporation erhalten wurde.
Der Brechungsindex des Harzes wurde unter Verwendung eines Ellipsometers EF-5000, erhältlich von Otsuka Electronics Co., Ltd., gemessen. Die Abbe-Zahl wurde aus den Brechungsindizes berechnet, die bei jeder Wellenlänge der d-Linie, der C-Linie und der F-Linie erhalten wurden.
Die Durchlässigkeit der Lichtleitplatte, bei der die Harzschicht auf der Oberfläche der Glasplatte ausgebildet ist, wurde unter Verwendung eines UV-3100, erhältlich von Shimadzu Corporation, gemessen.
Wie in Tabelle 1 gezeigt, betrug bei den Lichtleitplatten Nr. 1 bis 3, die den Beispielen entsprechen, der Unterschied in der Abbe-Zahl zwischen der Glasplatte und der Harzschicht nur 8 oder weniger, und der Unterschied zwischen den Durchlässigkeiten bei den Wellenlängen von 450 nm und 650 nm betrug nur 2 %. Daher wird die Farbreproduzierbarkeit als hoch angesehen, wenn die Lichtleitplatte als Lichtleitplatte in einer tragbaren Vorrichtung für AR/MR verwendet wird. Andererseits betrug bei der Lichtleitplatte Nr. 4 entsprechend dem Vergleichsbeispiel der Unterschied in der Abbe-Zahl zwischen der Glasplatte und der Harzschicht bis zu 11 und der Unterschied zwischen den Durchlässigkeiten bei den Wellenlängen 450 nm und 650 nm betrug bis zu 7 %. Daher wird die Farbreproduzierbarkeit als schlecht angesehen, wenn die Lichtleitplatte als Lichtleitplatte in einer tragbaren Vorrichtung für AR/MR verwendet wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2020008599 A [0005]

Claims

Lichtleitplatte, umfassend: eine Glasplatte und eine Harzschicht, die auf einer Hauptoberfläche der Glasplatte ausgebildet ist, wobei ein Unterschied in der Abbe-Zahl vd zwischen der Glasplatte und der Harzschicht weniger als 10 beträgt, und Brechungsindizes nd der Glasplatte und der Harzschicht 1,7 oder mehr betragen und ein Unterschied zwischen den Brechungsindizes nd 1,0 oder weniger beträgt.
Lichtleitplatte nach Anspruch 1, wobei die Glasplatte eine Dicke von 0,1 mm bis 1 mm aufweist und die Harzschicht eine Dicke von 1 µm oder weniger aufweist.
Lichtleitplatte nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lichtleitplatte eine innere Durchlässigkeit von 70 % oder mehr bei einer Wellenlänge von 450 nm bis 650 nm aufweist, wenn die Glasplatte eine Dicke von 10 mm aufweist.
Lichtleitplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Unterschied zwischen den externen Transmissionsgraden bei Wellenlängen von 450 nm und 650 nm 5 % oder weniger beträgt.
Lichtleitplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Hauptoberfläche der Glasplatte eine Oberflächenrauheit Ra von 5 nm oder weniger aufweist.
Lichtleitplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine unebene Struktur auf einer Oberfläche der Harzschicht ausgebildet ist.
Lichtleitplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Harzschicht aus einem lichthärtbaren Harz gefertigt ist.
Tragbare Vorrichtung für AR/MR, wobei die tragbare Vorrichtung die Lichtleitplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 7 umfasst.