JP2016126143A

JP2016126143A - Light guide plate and display apparatus

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Publication number: JP2016126143A
Application number: JP2014266480A
Authority: JP
Inventors: 関口　博; Hiroshi Sekiguchi; 博関口; 後藤　正浩; Masahiro Goto; 正浩後藤
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2016-07-11
Anticipated expiration: 2034-12-26
Also published as: JP6398712B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light guide plate and a display apparatus capable of preventing video received by an observer side and external light from becoming unclear.SOLUTION: A light guide plate 20 comprises: a first total reflection surface 21b which guides video light made incident from a video source LS and totally reflects the video light; a second total reflection surface 21c which is disposed at a position opposite to the first total reflection surface 21b and totally reflects the video light; and a light emission part 22 which is disposed at a position where the video light of the light guide plate 20 is emitted and has a light transmission part 24 through which light passes and a light absorption part 25 which absorbs light, which are alternately arranged in a light guide direction of the video light along a place parallel to the first total reflection surface 21b. The light emission part 22 makes the video light guided by repeating total reflection between the first total reflection surface 21b and the second total reflection surface 21c totally reflect on a boundary face 25a between the light transmission part 24 and the light absorption part 25 in order to be emitted from the light guide plate 20.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、導光板、表示装置に関するものである。 The present invention relates to a light guide plate and a display device.

従来、ＬＣＤ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）等の表示部を、光学系を介して観察者に観察させる頭部装着型の表示装置が提案されている（例えば、特許文献１）。
このような頭部装着型の表示装置は、例えば、表示部に対向する位置に導光板を配置して、表示部で表示された映像光を、その導光板によって観察者の眼に対応する位置まで導光し、反射層を介して観察者側へ反射させている。また、このような表示装置は、表示される映像によって観察者の視界が遮られてしまうため、反射層にマジックミラーを用いる等して、映像と外界の光とを重ねて見せる、いわゆるシースルーにする場合がある。しかし、この場合、マジックミラーの透過率を向上させて反射率を低下させすぎると観察者側に届く映像が不鮮明になり、逆に反射率を向上させて透過率を低下させすぎると、外界の光（外界の像）が不鮮明になってしまう場合があった。 Conventionally, there has been proposed a head-mounted display device that allows an observer to observe a display unit such as an LCD (Liquid Crystal Display) via an optical system (for example, Patent Document 1).
In such a head-mounted display device, for example, a light guide plate is disposed at a position facing the display unit, and the image light displayed on the display unit is positioned at the position corresponding to the eyes of the observer by the light guide plate. To the observer side through the reflective layer. In addition, such a display device obstructs the observer's field of view with the displayed image, so a magic mirror is used for the reflective layer, etc. There is a case. However, in this case, if the reflectance of the magic mirror is improved to reduce the reflectance too much, the image reaching the viewer side becomes unclear, and conversely if the reflectance is increased to reduce the transmittance too much, In some cases, the light (image of the outside world) would be blurred.

特表２０１１−５０９４１７号公報Special table 2011-509417 gazette

本発明の課題は、観察者側に届く映像や、外界の光が不鮮明になってしまうのを抑制することができる導光板、表示装置を提供することである。 The subject of this invention is providing the light-guide plate and display apparatus which can suppress that the image | video which reaches an observer side, and the external light become unclear.

本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
請求項１の発明は、映像源（ＬＳ）から入射した映像光を導光する導光板（２０）であって、前記映像光を全反射させる第１全反射面（２１ｂ）と、前記第１全反射面と対向する位置に設けられ、前記映像光を全反射させる第２全反射面（２１ｃ）と、該導光板の映像光が出光する位置に設けられ、光を透過する光透過部（２４）と光を吸収する光吸収部（２５）とが、前記第１全反射面に平行な面に沿って前記映像光の導光方向に交互に配列された出光部（２２）とを備え、前記出光部は、前記第１全反射面及び前記第２全反射面の間で全反射を繰り返して導光された前記映像光を、前記光透過部及び前記光吸収部の界面（２５ａ）で全反射させて該導光板から出光させること、を特徴とする導光板である。
請求項２の発明は、請求項１に記載の導光板（２０）において、前記光吸収部（２５）の屈折率は、前記光透過部（２４）の屈折率よりも小さいこと、を特徴とする導光板である。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の導光板（２０）において、前記光吸収部（２５）は、前記光透過部（２４）との界面を形成する面のうち、前記映像光の導光方向において前記映像光が導光されてくる側の面（２５ａ）と、前記第１全反射面（２１ｂ）と平行な面とがなす角度αが、５０°≦α≦６５°の範囲に形成されていること、を特徴とする導光板である。
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の導光板（２０）と、前記導光板に映像光を出射する表示部（１１）と、を備える表示装置（１）である。 The present invention solves the above problems by the following means. In addition, in order to make an understanding easy, although the code | symbol corresponding to embodiment of this invention is attached | subjected and demonstrated, it is not limited to this.
The invention of claim 1 is a light guide plate (20) for guiding image light incident from an image source (LS), the first total reflection surface (21b) for totally reflecting the image light, and the first A second total reflection surface (21c) that is provided at a position opposite to the total reflection surface and totally reflects the image light, and a light transmission portion that is provided at a position where the image light is emitted from the light guide plate and transmits light ( 24) and a light absorbing part (25) for absorbing light include light output parts (22) arranged alternately in the light guide direction of the video light along a plane parallel to the first total reflection surface. The light exiting unit guides the image light guided by repeating total reflection between the first total reflection surface and the second total reflection surface, and an interface (25a) between the light transmission unit and the light absorption unit. The light guide plate is characterized in that the light is totally reflected and emitted from the light guide plate.
The invention of claim 2 is characterized in that, in the light guide plate (20) according to claim 1, a refractive index of the light absorbing portion (25) is smaller than a refractive index of the light transmitting portion (24). The light guide plate.
According to a third aspect of the present invention, in the light guide plate (20) according to the first or second aspect, the light absorbing portion (25) is a surface that forms an interface with the light transmitting portion (24). An angle α formed by a surface (25a) on which the image light is guided in a light guide direction of the image light and a surface parallel to the first total reflection surface (21b) is 50 ° ≦ α ≦. A light guide plate characterized by being formed in a range of 65 °.
A fourth aspect of the present invention is a display device comprising: the light guide plate (20) according to any one of the first to third aspects; and a display unit (11) that emits image light to the light guide plate. (1).

本発明によれば、観察者側に届く映像や、外界の光が不鮮明になってしまうのを抑制することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can suppress that the image | video which reaches an observer side, and the external light become unclear.

実施形態の頭部装着型の表示装置を説明する図である。It is a figure explaining the head mounting type display device of an embodiment. 実施形態の導光板の出光部の詳細を説明する図である。It is a figure explaining the detail of the light emission part of the light-guide plate of embodiment. 実施形態の導光板の製造方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the manufacturing method of the light-guide plate of embodiment.

以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、図１を含め、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜誇張している。
本明細書中に記載する各部材の寸法等の数値及び材料名等は、実施形態としての一例であり、これに限定されるものではなく、適宜選択して使用してよい。
本明細書中において、形状や幾何学的条件を特定する用語、例えば、平行や直交等の用語については、厳密に意味するところに加え、同様の光学的機能を奏し、平行や直交と見なせる程度の誤差を有する状態も含むものとする。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, each figure shown below including FIG. 1 is the figure shown typically, and the magnitude | size and shape of each part are exaggerated suitably for easy understanding.
Numerical values such as dimensions and material names of the respective members described in the present specification are examples of the embodiment, and the present invention is not limited thereto, and may be appropriately selected and used.
In this specification, terms that specify shape and geometric conditions, for example, terms such as parallel and orthogonal, are strictly meanings, have similar optical functions, and can be regarded as parallel and orthogonal It also includes a state having an error of.

（実施形態）
図１は、本実施形態の頭部装着型の表示装置１を説明する図である。図１は、表示装置１を鉛直方向上方から見た図である。
なお、図１を含め以下に示す図中及び以下の説明において、理解を容易にするために、観察者が頭部に表示装置１を装着した状態において、鉛直方向をＺ方向とし、水平方向をＸ方向及びＹ方向とする。また、この水平方向のうち、導光板に入光した映像光の導光される方向（導光板の左右方向）をＸ方向とし、それに直交する方向（導光板の厚み方向）をＹ方向とする。このＹ方向の−Ｙ側を観察者側とし、＋Ｙ側を背面側とする。 (Embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a head-mounted display device 1 according to this embodiment. FIG. 1 is a view of the display device 1 as viewed from above in the vertical direction.
In addition, in the figure shown below including FIG. 1 and the following description, in order to make an understanding easy, in a state where the viewer wears the display device 1 on the head, the vertical direction is the Z direction, and the horizontal direction is Let it be X direction and Y direction. Of these horizontal directions, the direction in which the video light entering the light guide plate is guided (the left-right direction of the light guide plate) is the X direction, and the direction perpendicular to the direction (thickness direction of the light guide plate) is the Y direction. . The −Y side in the Y direction is the observer side, and the + Y side is the back side.

表示装置１は、観察者が頭部に装着し、観察者の眼前に映像を表示する、いわゆるヘッドマウントディスプレイである。図１に示すように、本実施形態の頭部装着型の表示装置１は、不図示のメガネフレームの内側に、表示部（映像源）１１と、投射光学系１２と、導光板２０とを備えており、観察者がメガネフレームを頭部に装着することによって、表示部１１の映像を、導光板２０等を介して観察者に視認させることができる。具体的には、表示装置１は、表示部１１に表示された映像光を、投射光学系１２を介して導光板２０内へ入光させ、導光板２０内において＋Ｘ方向に導光した上で、導光方向に直交する−Ｙ方向に反射して、表示装置１を頭部に装着した観察者の眼Ｅ前に映像情報を表示する。
また、表示装置１は、外界の光の一部を、導光板２０を透過させ観察者側に到達させて、映像と外界の光とを重ねて見せる、いわゆるシースルー機能を備えている。 The display device 1 is a so-called head mounted display that an observer wears on the head and displays an image in front of the eyes of the observer. As shown in FIG. 1, the head-mounted display device 1 of the present embodiment includes a display unit (image source) 11, a projection optical system 12, and a light guide plate 20 inside a not-shown glasses frame. The viewer can visually recognize the image of the display unit 11 through the light guide plate 20 or the like by attaching the spectacle frame to the head. Specifically, the display device 1 causes the image light displayed on the display unit 11 to enter the light guide plate 20 via the projection optical system 12 and guides the light in the + X direction within the light guide plate 20. The video information is displayed in front of the eyes E of the observer who wears the display device 1 on the head, reflecting in the −Y direction orthogonal to the light guide direction.
In addition, the display device 1 has a so-called see-through function in which a part of the external light is transmitted through the light guide plate 20 to reach the observer side, and the image and the external light are overlapped.

表示部１１は、映像光を表示するマイクロディスプレイであり、例えば、透過型の液晶表示デバイスや、反射型の液晶表示デバイス、有機ＥＬ等を使用することができる。表示部１１は、例えば、対角が１インチ以下のマイクロディスプレイが使用される。
投射光学系１２は、表示部１１から出射された映像光を平行光として投射する複数のレンズ群から構成される光学系である。
導光板２０は、光を導光する略平板状の透明部材であり、図１に示すように、ベース部２１と出光部２２とから構成されている。
ベース部２１は、導光板２０の基礎となる部材であり、導光板２０内に入光した映像光を導光する部分である。本実施形態では、ベース部２１は、鉛直方向（Ｚ方向）から見た形状が略台形形状に形成された台形柱形状に形成されている。ベース部２１は、ＸＺ平面に平行であって、互いに平行であり互いに対向する第１全反射面２１ｂ及び第２全反射面２１ｃと、−Ｘ側端部に、この第１全反射面２１ｂ及び第２全反射面２１ｃに対して傾斜した反射面２１ａとが設けられている。 The display unit 11 is a micro display that displays image light. For example, a transmissive liquid crystal display device, a reflective liquid crystal display device, an organic EL, or the like can be used. As the display unit 11, for example, a micro display having a diagonal of 1 inch or less is used.
The projection optical system 12 is an optical system composed of a plurality of lens groups that project the image light emitted from the display unit 11 as parallel light.
The light guide plate 20 is a substantially flat transparent member that guides light, and includes a base portion 21 and a light exit portion 22 as shown in FIG.
The base portion 21 is a member that is the basis of the light guide plate 20 and is a portion that guides the image light that has entered the light guide plate 20. In the present embodiment, the base portion 21 is formed in a trapezoidal column shape in which the shape viewed from the vertical direction (Z direction) is formed in a substantially trapezoidal shape. The base portion 21 is parallel to the XZ plane and is parallel to each other and faces each other, and the first total reflection surface 21b and the second total reflection surface 21c, and the first total reflection surface 21b and A reflective surface 21a inclined with respect to the second total reflective surface 21c is provided.

反射面２１ａは、第１全反射面２１ｂ及び第２全反射面２１ｃ（Ｘ方向）に対して所定の角度で傾斜しており、その面の全面に反射膜２７が形成されている。反射面２１ａは、導光板２０内に入射した映像光を、この反射膜２７よって第１全反射面２１ｂ側に反射する。ここで、反射膜２７は、光反射性の高い金属、例えば、アルミニウムや、銀、ニッケル等により形成されている。本実施形態では反射膜２７は、アルミニウムを蒸着することにより形成されている。また、これに限らず反射膜２７は、光反射性の高い金属をスパッタリングしたり、金属箔を転写したり、金属薄膜を含有した塗料を塗布したりする等により形成されてもよい。
反射面２１ａは、反射膜２７で反射した映像光を第１全反射面２１ｂにおいて全反射させるために、第１全反射面２１ｂに対して２５°〜４０°の範囲で傾斜している。 The reflection surface 21a is inclined at a predetermined angle with respect to the first total reflection surface 21b and the second total reflection surface 21c (X direction), and the reflection film 27 is formed on the entire surface. The reflection surface 21a reflects the image light incident on the light guide plate 20 to the first total reflection surface 21b side by the reflection film 27. Here, the reflection film 27 is formed of a metal having high light reflectivity, for example, aluminum, silver, nickel, or the like. In the present embodiment, the reflective film 27 is formed by evaporating aluminum. The reflective film 27 is not limited to this, and may be formed by sputtering a metal having high light reflectivity, transferring a metal foil, or applying a paint containing a metal thin film.
The reflection surface 21a is inclined in the range of 25 ° to 40 ° with respect to the first total reflection surface 21b in order to cause the first total reflection surface 21b to totally reflect the image light reflected by the reflection film 27.

第１全反射面２１ｂは、導光板２０を形成する面のうちＸＺ平面に平行であって、観察者側（−Ｙ側）に位置する面であり、反射膜２７によって反射した映像光を第２全反射面２１ｃ側に向けて全反射させる。また、第１全反射面２１ｂは、第２全反射面２１ｃにおいて全反射した映像光を、第２全反射面２１ｃ側に向けて全反射させる。
第１全反射面２１ｂは、その−Ｘ側の端部が、表示部１１から投射された映像光を入光する入光面となっている。また、第１全反射面２１ｂは、＋Ｘ側の端部に隣接して、導光する映像光を導光板２０外へ出向させる出光部２２が設けられている。
第２全反射面２１ｃは、導光板２０を形成する面のうちＸＺ平面に平行であって、背面側（＋Ｙ側）に位置する面（観察者側から離れた側の面）であり、第１全反射面２１ｂにおいて全反射した映像光を、第１全反射面２１ｂ側に向けて全反射させる。
以上により、反射膜２７を反射した映像光は、第１全反射面２１ｂ及び第２全反射面２１ｃの間で全反射を繰り返すことによって、導光板２０内の＋Ｘ側に導光されることとなる。 The first total reflection surface 21b is a surface that is parallel to the XZ plane among the surfaces that form the light guide plate 20 and that is positioned on the viewer side (−Y side), and the image light reflected by the reflection film 27 is the first. 2 Total reflection is performed toward the total reflection surface 21c side. Further, the first total reflection surface 21b totally reflects the image light totally reflected on the second total reflection surface 21c toward the second total reflection surface 21c side.
As for the 1st total reflection surface 21b, the edge part by the side of -X becomes a light-incidence surface which injects the image light projected from the display part 11. FIG. In addition, the first total reflection surface 21 b is provided with a light output portion 22 adjacent to the end portion on the + X side, which directs the image light to be guided out of the light guide plate 20.
The second total reflection surface 21c is a surface parallel to the XZ plane among the surfaces forming the light guide plate 20 and positioned on the back side (+ Y side) (the surface on the side away from the observer side). The image light totally reflected on the first total reflection surface 21b is totally reflected toward the first total reflection surface 21b side.
As described above, the image light reflected from the reflective film 27 is guided to the + X side in the light guide plate 20 by repeating total reflection between the first total reflection surface 21b and the second total reflection surface 21c. Become.

次に、導光板２０の出光部２２の構成について説明する。
図２は、本実施形態の導光板２０の出光部２２の詳細を説明する図である。
出光部２２は、導光板２０のベース部２１内を導光する映像光を観察者側に出光させる部分であり、表示装置１を頭部に装着した観察者の眼の位置に対応するようにして、ベース部２１の第１全反射面２１ｂのＸ側端部に隣接して設けられている。本実施形態では、出光部２２は、図２に示すように、観察者側（−Ｙ側）から順に、基材部２３、光透過部２４、光吸収部２５が積層されている。
基材部２３は、出光部２２の基礎となる平板状の透明部材であり、導光板２０の最も観察者側に位置する部材であり、観察者側の面が映像光の出光する出光面２２ａとなる。基材部２３は、例えば、光透過性の高いポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、アクリル樹脂等から形成されている。本実施形態では、出光面２２ａは、第１全反射面２１ｂと平行であり、第１全反射面２１ｂよりも観察者側に位置している。 Next, the configuration of the light output part 22 of the light guide plate 20 will be described.
FIG. 2 is a diagram for explaining the details of the light output portion 22 of the light guide plate 20 of the present embodiment.
The light exit part 22 is a part that emits image light guided in the base part 21 of the light guide plate 20 to the viewer side, and corresponds to the position of the eye of the viewer wearing the display device 1 on the head. The first total reflection surface 21b of the base portion 21 is provided adjacent to the X side end portion. In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the light output part 22 includes a base material part 23, a light transmission part 24, and a light absorption part 25, which are sequentially stacked from the observer side (−Y side).
The base material part 23 is a flat transparent member serving as the basis of the light output part 22, and is a member positioned closest to the observer side of the light guide plate 20, and the light exit surface 22 a from which the observer side surface emits image light. It becomes. The base material part 23 is formed from, for example, polyethylene terephthalate, polycarbonate, acrylic resin or the like having high light transmittance. In the present embodiment, the light exit surface 22a is parallel to the first total reflection surface 21b and is located closer to the viewer than the first total reflection surface 21b.

光透過部２４は、光透過性を有する透明な部材により形成されており、ベース部２１と同等の屈折率を有している。光透過部２４は、図１及び図２に示すように、鉛直方向（Ｚ方向）に延在し、基材部２３の観察者側の面（第１全反射面２１ｂに平行な面）に沿って映像光の導光方向（Ｘ方向）に複数配列されている。光透過部２４の配列方向（Ｘ方向）に平行であって導光板２０の厚み方向（Ｙ方向）に平行な断面における断面形状は、背面側を上底とし、観察者側を上底よりも寸法の大きい下底とする略台形形状である。
本実施形態の光透過部２４は、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート樹脂等により基材部２３の背面側（＋Ｙ側）の面に一体に形成されている。なお、光透過部２４は、十分な厚みを有するならば、前述の基材部２３を設けない形態としてもよい。 The light transmission part 24 is formed of a transparent member having light transmittance, and has a refractive index equivalent to that of the base part 21. As shown in FIGS. 1 and 2, the light transmitting portion 24 extends in the vertical direction (Z direction) and is on the surface on the viewer side of the base material portion 23 (a surface parallel to the first total reflection surface 21 b). A plurality of light sources are arranged along the light guide direction (X direction) of the video light. The cross-sectional shape in the cross section parallel to the arrangement direction (X direction) of the light transmission parts 24 and parallel to the thickness direction (Y direction) of the light guide plate 20 is the back side as the upper base and the observer side is higher than the upper base. It is a substantially trapezoidal shape with a large bottom.
The light transmission part 24 of the present embodiment is integrally formed on the back side (+ Y side) of the base part 23 with urethane acrylate, epoxy acrylate resin, or the like. In addition, as long as the light transmissive part 24 has sufficient thickness, it is good also as a form which does not provide the above-mentioned base material part 23. FIG.

光吸収部２５は、光を吸収する機能を有しており、図２に示すように、隣り合う光透過部２４の間の谷状の部分に形成される。
この光吸収部２５は、図１及び図２に示すように、鉛直方向（Ｚ方向）に延在し、出光部２２の映像源側の面に沿って映像光の導光方向（Ｘ方向）に光透過部２４と交互に配置される形態となっている。したがって、本実施形態では、光透過部２４の背面側（＋Ｙ側）の面と光吸収部２５の背面側の面とで出光部２２の背面側の面が形成されている。
また、光吸収部２５は、その配列方向（Ｘ方向）に平行であって導光板２０の厚み方向（Ｙ方向）に平行な断面における断面形状が楔形形状である。ここでいう楔形形状とは、一方の端部の幅が広く、他方に向けて次第に幅が狭くなる形状をいい、三角形形状や台形形状等を含む。本実施形態では、光吸収部２５は、図２等に示すように、その断面形状が、観察者側を上底とし、背面側を上底よりも寸法の大きい下底とする略台形形状としている。 The light absorbing portion 25 has a function of absorbing light, and is formed in a valley-like portion between adjacent light transmitting portions 24 as shown in FIG.
As shown in FIGS. 1 and 2, the light absorbing portion 25 extends in the vertical direction (Z direction), and guides the image light (X direction) along the image source side surface of the light emitting portion 22. Are arranged alternately with the light transmitting portions 24. Therefore, in the present embodiment, the back side surface of the light output unit 22 is formed by the back side (+ Y side) surface of the light transmitting unit 24 and the back side surface of the light absorbing unit 25.
The light absorbing portion 25 has a wedge-shaped cross section in a cross section parallel to the arrangement direction (X direction) and parallel to the thickness direction (Y direction) of the light guide plate 20. As used herein, the wedge shape refers to a shape in which one end is wide and gradually narrows toward the other, and includes a triangular shape, a trapezoidal shape, and the like. In the present embodiment, as shown in FIG. 2 and the like, the light absorbing portion 25 has a substantially trapezoidal shape in which the cross-sectional shape is an upper base on the viewer side and a lower base whose dimensions are larger than the upper base on the back side. Yes.

光吸収部２５は、その屈折率が、光透過部２４の屈折率よりも小さくなるように形成されている。本実施形態では、例えば、光透過部２４の屈折率が１．７であり、光吸収部２５の屈折率が１．４である。
この光吸収部２５は、例えば、光吸収材を含有した光透過性を有する樹脂を、光透過部２４間の谷部にワイピング（スキージング）して充填し、硬化させる等により形成される。
光吸収部２５に用いられる樹脂は、光透過性を有するウレタンアクリレート、エポキシアクリレート樹脂を母材とし、光を吸収する光吸収材が含有されている。光吸収材としては、可視光領域の光を吸収する機能を有する粒子状等の部材であり、例えば、カーボンブラック、グラファイト、黒色酸化鉄等の金属塩、顔料や染料、顔料や染料で着色された樹脂粒子等である。顔料や染料で着色された樹脂粒子を用いる場合には、その樹脂粒子は、アクリル系樹脂や、ＰＣ樹脂、ＰＥ（ポリエチレン）樹脂、ＰＳ（ポリスチレン）樹脂、ＭＢＳ樹脂、ＭＳ樹脂等により形成されたものを用いることができる。
また、光吸収部２５は、屈折率を光透過部２４よりも小さくするために、上記材料に加え中空構造を有するシリカ粒子が含有されている。 The light absorbing portion 25 is formed so that its refractive index is smaller than the refractive index of the light transmitting portion 24. In the present embodiment, for example, the refractive index of the light transmission part 24 is 1.7, and the refractive index of the light absorption part 25 is 1.4.
The light absorbing portion 25 is formed, for example, by wiping (squeezing) a valley between the light transmitting portions 24 with a light-transmitting resin containing a light absorbing material, and curing the resin.
The resin used for the light absorbing portion 25 contains a light absorbing material that absorbs light using a light-transmitting urethane acrylate or epoxy acrylate resin as a base material. The light absorbing material is a particulate member having a function of absorbing light in the visible light region, and is colored with, for example, metal salts such as carbon black, graphite, black iron oxide, pigments and dyes, and pigments and dyes. Resin particles. When resin particles colored with pigments or dyes are used, the resin particles are formed of acrylic resin, PC resin, PE (polyethylene) resin, PS (polystyrene) resin, MBS resin, MS resin, or the like. Things can be used.
Further, the light absorbing portion 25 contains silica particles having a hollow structure in addition to the above materials in order to make the refractive index smaller than that of the light transmitting portion 24.

本実施形態では、暗色系材料は、光吸収部２５全体の重量に対して１０％〜３０％の範囲で含有されているのが望ましい。１０％未満であると、光吸収部２５に入射した光を吸収することができなくなるため望ましくない。また、３０％より大きいと、硬化前の材料の粘度が高くなりすぎ、光吸収部２５に充填しにくくなるため望ましくない。
また、中空構造を有するシリカ粒子は、光吸収部２５全体の重量に対して１０％〜４０％の範囲で含有されているのが望ましい。１０％未満であると、光吸収部２５の透過率を十分に下げることができないため望ましくない。また、４０％より大きいと、硬化物の強度が低下するため望ましくない。 In the present embodiment, it is desirable that the dark color material is contained in a range of 10% to 30% with respect to the weight of the entire light absorbing portion 25. If it is less than 10%, the light incident on the light absorbing portion 25 cannot be absorbed, which is not desirable. On the other hand, if it is larger than 30%, the viscosity of the material before curing becomes too high, and it becomes difficult to fill the light absorbing portion 25, which is not desirable.
The silica particles having a hollow structure are desirably contained in the range of 10% to 40% with respect to the weight of the entire light absorbing portion 25. If it is less than 10%, the transmittance of the light absorbing portion 25 cannot be lowered sufficiently, which is not desirable. On the other hand, if it is larger than 40%, the strength of the cured product is lowered, which is not desirable.

図２に示すように、この光透過部２４（光吸収部２５）の配列ピッチは、Ｐであり、光透過部２４の厚みは、Ｄであり、光透過部２４及び光吸収部２５の配列方向（Ｘ方向）における光透過部２４の下底の寸法がＷ２であり、光吸収部２５の上底の寸法がＷ１である。なお、上述したように光透過部２４及び光吸収部２５が隣接して配列しているので、上記配列ピッチＰは、光透過部２４の下底の寸法Ｗ２と光吸収部２５の上底の寸法Ｗ１との和に等しくなる（Ｐ＝Ｗ１＋Ｗ２）。
また、導光板２０の厚み方向（Ｙ方向）における光吸収部２５の寸法（厚み）は、Ｈである。光透過部２４と光吸収部２５との界面のうち、映像光の導光方向（Ｘ方向）の−Ｘ側（映像光が導光されてくる側）の面２５ａが第１全反射面２１ｂ（第２全反射面２１ｃ）となす角度は、αであり、＋Ｘ側の面２５ｂが第１全反射面２１ｂ（第２全反射面２１ｃ）となす角度は、βである。 As shown in FIG. 2, the arrangement pitch of the light transmission parts 24 (light absorption parts 25) is P, the thickness of the light transmission parts 24 is D, and the arrangement of the light transmission parts 24 and the light absorption parts 25. The dimension of the lower base of the light transmission part 24 in the direction (X direction) is W2, and the dimension of the upper base of the light absorption part 25 is W1. Since the light transmission part 24 and the light absorption part 25 are arranged adjacent to each other as described above, the arrangement pitch P is determined by the dimension W2 of the lower base of the light transmission part 24 and the upper base of the light absorption part 25. It becomes equal to the sum with the dimension W1 (P = W1 + W2).
In addition, the dimension (thickness) of the light absorbing portion 25 in the thickness direction (Y direction) of the light guide plate 20 is H. Of the interface between the light transmitting portion 24 and the light absorbing portion 25, the surface 25a on the −X side (the side on which the image light is guided) in the light guide direction (X direction) of the image light is the first total reflection surface 21b. The angle formed with the (second total reflection surface 21c) is α, and the angle formed between the + X side surface 25b with the first total reflection surface 21b (second total reflection surface 21c) is β.

以上の構成により、本実施形態の導光板２０は、第１全反射面２１ｂ及び第２全反射面２１ｃ間において全反射を繰り返して導光される映像光を、光吸収部２５の面２５ａにおいて全反射させて、観察者側へ出光させることができる。また、本実施形態の導光板２０は、背面側（＋Ｙ側）の第２全反射面２１ｃから入射する外界の光の一部を出光部２２の光透過部２４を透過させて観察者側に到達させることができる。 With the above configuration, the light guide plate 20 of the present embodiment allows the video light guided by repeated total reflection between the first total reflection surface 21b and the second total reflection surface 21c to be generated on the surface 25a of the light absorption unit 25. It can be totally reflected and emitted to the viewer side. In addition, the light guide plate 20 of the present embodiment transmits a part of the external light incident from the second total reflection surface 21c on the back side (+ Y side) through the light transmission unit 24 of the light output unit 22 to the viewer side. Can be reached.

ここで、表示部１１から出射される映像光を光吸収部２５の面２５ａにおいて観察者側（−Ｙ側）に効率よく全反射させる観点から、角度αは、５０°≦α≦６５°の範囲で形成されるのが望ましい。
仮に、角度αが５０°未満である場合、映像光が面２５ａに入射し難くなり光の利用効率が低下してしまうため望ましくない。また、全反射したとしても全反射した光の角度の変更度合が小さすぎてしまい映像光を適正に観察者側に反射することができなくなる恐れがあるため望ましくない。
また、角度αが６５°よりも大きい場合、映像源から投射される映像光を全反射させるのが困難となるため望ましくない。また、全反射したとしても全反射した光の角度の変更度合が大きすぎてしまい映像光を適正に観察者側に反射することができなくなる恐れがあるため望ましくない。 Here, from the viewpoint of efficiently efficiently totally reflecting the image light emitted from the display unit 11 to the viewer side (−Y side) on the surface 25a of the light absorption unit 25, the angle α is 50 ° ≦ α ≦ 65 °. It is desirable to form in a range.
If the angle α is less than 50 °, the image light is not easily incident on the surface 25a and the use efficiency of the light is lowered, which is not desirable. Even if the light is totally reflected, the degree of change in the angle of the totally reflected light is so small that the image light cannot be properly reflected to the observer side, which is not desirable.
On the other hand, when the angle α is larger than 65 °, it is difficult to totally reflect the image light projected from the image source, which is not desirable. Even if the light is totally reflected, the degree of change in the angle of the totally reflected light is so large that the image light may not be properly reflected to the viewer side, which is not desirable.

本実施形態では、光吸収部２５の配列ピッチＰが２００μｍであり、光透過部２４の厚みＤが１３０μｍであり、光透過部２４の下底の寸法Ｗ２が１９０μｍであり、光吸収部２５の上底の寸法Ｗ１が１０μｍである。また、光吸収部２５の厚みＨは、１１０μｍであり、光吸収部２５の面２５ａと第１全反射面２１ｂとのなす角度αは、６０°であり、面２５ｂと第１全反射面２１ｂとなす角度βは９０°である。
本実施形態において、Ｐ、Ｄ、Ｗ１、Ｗ２、Ｈ、α、βの各値は、一定である例を示したが、これに限定されるものでなく、各値は、配列方向（Ｘ方向）の位置に応じて適宜変動するようにしてもよい。 In the present embodiment, the arrangement pitch P of the light absorbing portions 25 is 200 μm, the thickness D of the light transmitting portions 24 is 130 μm, the dimension W2 of the lower base of the light transmitting portions 24 is 190 μm, and the light absorbing portions 25 The upper bottom dimension W1 is 10 μm. Further, the thickness H of the light absorbing portion 25 is 110 μm, the angle α formed between the surface 25a of the light absorbing portion 25 and the first total reflection surface 21b is 60 °, and the surface 25b and the first total reflection surface 21b. The angle β is 90 °.
In the present embodiment, an example is shown in which each value of P, D, W1, W2, H, α, and β is constant. However, the present invention is not limited to this. ) May be changed as appropriate according to the position.

次に、本実施形態の導光板２０に入射する映像光Ｌ及び外界の光Ｇの動作について説明する。
図１に示すように、表示部１１から出射した映像光Ｌは、投射光学系１２を介して導光板２０内へ入光する。導光板２０内に入光した映像光Ｌは、反射面２１ａの反射膜２７に入射して第１全反射面２１ｂ側へと反射する。それから、その映像光Ｌは、第１全反射面２１ｂに入射して第２全反射面２１ｃ側へと全反射した後、第２全反射面２１ｃに入射して第１全反射面２１ｂ側へと全反射する。このように第１全反射面２１ｂ及び第２全反射面２１ｃ間において全反射を繰り返すことにより、映像光Ｌは、導光板２０の−Ｘ側から＋Ｘ側に向けて導光され、出光部２２に入射する。
なお、本実施形態の導光板２０では、図１に示すように、映像光Ｌが第１全反射面２１ｂ及び第２全反射面２１ｃにおいて１回ずつ全反射するように形成されているが、これに限定されるものでなく、各面において複数回、全反射を繰り返すようにしてもよい。 Next, the operation of the image light L and the external light G incident on the light guide plate 20 of the present embodiment will be described.
As shown in FIG. 1, the image light L emitted from the display unit 11 enters the light guide plate 20 through the projection optical system 12. The video light L that has entered the light guide plate 20 enters the reflective film 27 of the reflective surface 21a and is reflected toward the first total reflective surface 21b. Then, the image light L enters the first total reflection surface 21b and is totally reflected toward the second total reflection surface 21c, and then enters the second total reflection surface 21c and enters the first total reflection surface 21b. And totally reflected. Thus, by repeating the total reflection between the first total reflection surface 21b and the second total reflection surface 21c, the video light L is guided from the −X side to the + X side of the light guide plate 20, and the light output part 22 Is incident on.
In the light guide plate 20 of this embodiment, as shown in FIG. 1, the image light L is formed so as to be totally reflected once on the first total reflection surface 21b and the second total reflection surface 21c. However, the present invention is not limited to this, and total reflection may be repeated a plurality of times on each surface.

出光部２２に入射した映像光Ｌの一部Ｌ１は、図２に示すように、光吸収部２５の面２５ａにおいて、出光部２２の出光面２２ａに対してほぼ垂直な方向（−Ｙ方向）に全反射して、出光面２２ａから観察者の眼Ｅに向けて出光する。また、出光部２２に入射した映像光の他の一部Ｌ２は、光吸収部２５の下辺側（背面側）の面に入射し吸収されることとなる。
一方、観察者の視界にある外界の光Ｇは、図１及び図２に示すように、導光板２０の背面側（＋Ｙ側）から導光板２０内に入光する。この導光板２０内に入光した外界の光Ｇのうち一部の光Ｇ１は、図２に示すように、ベース部２１、光透過部２４、基材部２３を順次透過して、出光部２２の出光面２２ａから観察者の眼Ｅに向けて出光することとなる。
また、他の外界の光Ｇは、ベース部２１を透過した後、光吸収部２５に入射して吸収されることとなる。
これにより、本実施形態の表示装置１は、映像光の鮮明に表示するとともに、外界の光も鮮明に表示することができる。 As shown in FIG. 2, a part L1 of the image light L incident on the light exiting portion 22 is a direction (−Y direction) substantially perpendicular to the light exiting surface 22a of the light exiting portion 22 on the surface 25a of the light absorbing portion 25. To the viewer's eye E from the light exit surface 22a. In addition, the other part L2 of the image light incident on the light exit part 22 is incident on the lower side (back side) of the light absorbing part 25 and absorbed.
On the other hand, as shown in FIGS. 1 and 2, the external light G in the field of view of the observer enters the light guide plate 20 from the back side (+ Y side) of the light guide plate 20. As shown in FIG. 2, a part of the external light G 1 entering the light guide plate 20 sequentially passes through the base part 21, the light transmission part 24, and the base part 23, and then exits the light output part. The light exits from the light exit surface 22 a of 22 toward the eye E of the observer.
The other external light G passes through the base portion 21 and then enters the light absorbing portion 25 to be absorbed.
Thereby, the display device 1 of the present embodiment can display the image light clearly, and can also display the external light clearly.

次に、本実施形態の導光板２０の製造方法について説明する。
図３は、本実施形態の導光板２０の製造方法を説明する図である。図３の各図は、導光板２０が製造されるまでの過程を示す図である。 Next, a method for manufacturing the light guide plate 20 of the present embodiment will be described.
FIG. 3 is a diagram illustrating a method for manufacturing the light guide plate 20 of the present embodiment. Each drawing in FIG. 3 is a diagram illustrating a process until the light guide plate 20 is manufactured.

まず、ウェブ状のポリエチレンテレフタレート樹脂製のシートからなる基材部２３を準備し、基材部２３の背面側（＋Ｙ側）となる面上に光透過部２４を形成する。具体的には、図３（ａ）に示すように、基材部２３の背面側となる面に、ウレタンアクリレート樹脂を充填し、光透過部２４を賦形する金型を押圧し、硬化させた後に金型から離型する等により、基材部２３上に複数の光透過部２４を順次形成する。
次に、図３（ｂ）に示すように、基材部２３上に形成された光透過部２４の表面（背面側の面）にウレタンアクリレート樹脂を充填し、光吸収部２５を形成する。具体的には、光吸収部２５は、隣り合う光透過部２４間の谷部にドクターブレードによってウレタンアクリレート樹脂を充填し、硬化させることによって形成される。そして、所定の形状に裁断することによって出光部２２が完成する。 First, the base material part 23 which consists of a sheet | seat made from a web-like polyethylene terephthalate resin is prepared, and the light transmission part 24 is formed on the surface used as the back side (+ Y side) of the base material part 23. FIG. Specifically, as shown in FIG. 3 (a), the back surface side of the base material portion 23 is filled with urethane acrylate resin, and a mold for shaping the light transmitting portion 24 is pressed and cured. After that, a plurality of light transmission parts 24 are sequentially formed on the base part 23 by releasing from the mold.
Next, as shown in FIG. 3 (b), the surface of the light transmission part 24 formed on the base part 23 (surface on the back side) is filled with urethane acrylate resin to form the light absorption part 25. Specifically, the light absorbing portion 25 is formed by filling a valley portion between adjacent light transmitting portions 24 with a urethane acrylate resin with a doctor blade and curing it. And the light emission part 22 is completed by cutting to a defined shape.

続いて、図３（ｃ）に示すように、出光部２２の背面側（基材部２３側とは反対側）とベース部２１の観察者側の面とを不図示の接合剤によって接合する。ここで、ベース部２１及び出光部２２の接合に用いられる接合剤は、導光板２０内を導光する映像光をかかる接合部において屈折させないために、ベース部２１及び光透過部２４の屈折率と同等であることが望ましい。本実施形態では、接合剤は、ウレタンアクリレート樹脂が使用されている。
そして、最後に、このベース部２１の＋Ｘ側（出光部２２が形成される側とは反対側）の面（側面）と−Ｙ側の面（背面）との角部を加工して反射面２１ａを形成し、その反射面２１ａに真空蒸着法等によってアルミニウムを蒸着する等して反射膜２７を形成する。以上により、導光板２０が完成する。
なお、ベース部２１の反射面２１ａの加工及び反射膜２７の形成は、ベース部２１を出光部２２に接合する前に予め行っておいてもよい。 Subsequently, as shown in FIG. 3C, the back side (the side opposite to the base material part 23 side) of the light emitting part 22 and the surface on the observer side of the base part 21 are joined with a bonding agent (not shown). . Here, since the bonding agent used for bonding the base portion 21 and the light exiting portion 22 does not refract the image light guided in the light guide plate 20 at the bonding portion, the refractive index of the base portion 21 and the light transmitting portion 24. It is desirable that In this embodiment, urethane acrylate resin is used for the bonding agent.
Finally, the corner portion between the surface (side surface) on the + X side (the side opposite to the side where the light exiting portion 22 is formed) and the surface on the −Y side (back surface) of the base portion 21 is processed to be a reflective surface. 21a is formed, and the reflective film 27 is formed on the reflective surface 21a by vapor-depositing aluminum by a vacuum vapor deposition method or the like. Thus, the light guide plate 20 is completed.
The processing of the reflection surface 21 a of the base portion 21 and the formation of the reflection film 27 may be performed in advance before the base portion 21 is joined to the light output portion 22.

以上より、本実施形態の導光板２０は、光を透過する光透過部２４と光を吸収する光吸収部２５とが、第１全反射面２１ｂに平行な面に沿って映像光の導光方向（Ｘ方向）に交互に配列された出光部２２を有しているので、光透過部２４及び光吸収部２５の界面により映像光を観察者側に出光することができる。また、これとともに、外界の光Ｇの一部Ｇ１を、光透過部２４を通して観察者側に透過させることができる。これにより、導光板２０は、映像光の鮮明に表示するとともに、外界の光も鮮明に表示することができる。また、光吸収部２５が存在することによって、表示される映像の黒味を際立たせることができる。
また、本実施形態の導光板２０は、光吸収部２５の屈折率が、光透過部２４の屈折率よりも小さいので、より効率よく映像光を光透過部２４及び光吸収部２５の界面において全反射させることができる。
更に、本実施形態の導光板２０は、光透過部２４及び光吸収部２５の界面を形成する面のうち、映像光の導光方向において映像光が導光されてくる側と同じ側（−Ｘ側）の面と、第１全反射面２１ｂと平行な面とがなす角度αが、５０°≦α≦６５°の範囲に形成されている。これにより、導光板２０は、より効率よく映像光を光透過部２４及び光吸収部２５の界面において全反射させることができる。 As described above, in the light guide plate 20 of the present embodiment, the light transmission unit 24 that transmits light and the light absorption unit 25 that absorbs light guide the image light along a plane parallel to the first total reflection surface 21b. Since the light emitting portions 22 arranged alternately in the direction (X direction) are provided, the image light can be emitted to the observer side through the interface between the light transmitting portion 24 and the light absorbing portion 25. Along with this, a part G 1 of the external light G can be transmitted to the observer side through the light transmission part 24. Thereby, the light guide plate 20 can display the image light clearly and can also display the outside light clearly. Further, the presence of the light absorbing portion 25 can make the blackness of the displayed image stand out.
In the light guide plate 20 of the present embodiment, since the refractive index of the light absorbing portion 25 is smaller than the refractive index of the light transmitting portion 24, the image light is more efficiently transmitted at the interface between the light transmitting portion 24 and the light absorbing portion 25. It can be totally reflected.
Furthermore, the light guide plate 20 of the present embodiment has the same side as the side on which the image light is guided in the image light guide direction (−) of the surface forming the interface between the light transmitting portion 24 and the light absorbing portion 25. The angle α formed by the surface on the X side and a surface parallel to the first total reflection surface 21b is formed in a range of 50 ° ≦ α ≦ 65 °. Thereby, the light guide plate 20 can more efficiently totally reflect the image light at the interface between the light transmission unit 24 and the light absorption unit 25.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、後述する変形形態のように種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。また、実施形態に記載した効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、実施形態に記載したものに限定されない。なお、前述した実施形態及び後述する変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made as in the modifications described later, and these are also included in the present invention. Within the technical scope. In addition, the effects described in the embodiments are merely a list of the most preferable effects resulting from the present invention, and the effects of the present invention are not limited to those described in the embodiments. It should be noted that the above-described embodiment and modifications described later can be used in appropriate combination, but detailed description thereof is omitted.

（変形形態）
（１）上述の実施形態において、光吸収部２５は、その配列方向（Ｘ方向）に平行であって導光板２０の厚み方向（Ｙ方向）に平行な断面における断面形状が、略台形形状である例を示したが、楔形形状であればこれに限定されるものでない。例えば、光吸収部は、上記断面形状が、観察者側が底辺となる三角形形状に形成されるようにしてもよい。 (Deformation)
(1) In the above-described embodiment, the light absorbing portion 25 has a substantially trapezoidal cross-sectional shape in a cross section parallel to the arrangement direction (X direction) and parallel to the thickness direction (Y direction) of the light guide plate 20. Although an example was shown, if it is a wedge shape, it will not be limited to this. For example, the light absorption part may be formed so that the cross-sectional shape has a triangular shape with the viewer side as a base.

（２）上述の実施形態において、導光板２０は、出光部２２の出光面２２ａが導光板の厚み方向において第１全反射面２１ｂよりも観察者側に配置される例を示したが、これに限定されるものでなく、例えば、出光面２２ａが第１全反射面２１ｂと同一面内に形成されるようにしてもよい。 (2) In the above-described embodiment, the light guide plate 20 shows an example in which the light exit surface 22a of the light exit portion 22 is arranged closer to the viewer than the first total reflection surface 21b in the thickness direction of the light guide plate. For example, the light exit surface 22a may be formed in the same plane as the first total reflection surface 21b.

（３）上述の実施形態において、導光板２０は、第１全反射面２１ｂと映像光が入光する面とを同一面内に形成する例を示したが、これに限定されるものでなく、第１全反射面と映像光が入光する面とが相違する面として形成されていてもよい。 (3) In the above-described embodiment, the light guide plate 20 has an example in which the first total reflection surface 21b and the surface on which the image light enters are formed in the same plane. However, the present invention is not limited to this. The first total reflection surface and the surface on which the image light enters may be formed as different surfaces.

１表示装置
１１表示部
１２投射光学系
２０導光板
２１ベース部
２１ａ反射面
２１ｂ第１全反射面
２１ｃ第２全反射面
２２出光部
２２ａ出光面
２３基材部
２４光透過部
２５光吸収部
２７反射膜
Ｅ観察者の眼 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Display apparatus 11 Display part 12 Projection optical system 20 Light guide plate 21 Base part 21a Reflective surface 21b 1st total reflection surface 21c 2nd total reflection surface 22 Light exit part 22a Light exit surface 23 Base material part 24 Light transmission part 25 Light absorption part 27 Reflective film E Eye of the observer

Claims

A light guide plate that guides video light incident from a video source,
A first total reflection surface that totally reflects the image light;
A second total reflection surface that is provided at a position facing the first total reflection surface and totally reflects the image light;
A light transmitting portion that transmits light and a light absorbing portion that absorbs light are provided at positions where the image light is emitted from the light guide plate, and guides the image light along a plane parallel to the first total reflection surface. With light emitting sections arranged alternately in the light direction,
The light output unit causes the video light guided by repeated total reflection between the first total reflection surface and the second total reflection surface to be totally reflected at an interface between the light transmission unit and the light absorption unit. To emit light from the light guide plate,
A light guide plate characterized by

The light guide plate according to claim 1,
The refractive index of the light absorbing portion is smaller than the refractive index of the light transmitting portion;
A light guide plate characterized by

In the light guide plate according to claim 1 or 2,
The light absorption unit includes a surface on the same side as a side on which the video light is guided in a light guide direction of the video light among surfaces forming an interface with the light transmission unit, and the first total reflection. The angle α formed by the plane and the plane parallel to the plane is formed in a range of 50 ° ≦ α ≦ 65 °,
A light guide plate characterized by

The light guide plate according to any one of claims 1 to 3,
A display unit for emitting image light to the light guide plate;
A display device comprising: