JP2016142839A - Translucent reflection sheet, light guide plate, and display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、背景等の外界の光を透過するとともに、映像光を反射する半透過型反射シート、表示装置に関するものである。 The present invention relates to a transflective reflection sheet and a display device that transmit external light such as a background and reflect video light.
従来、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）等の映像源を、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、映像源に対向する位置に導光板を配置して、映像源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て、反射層を介して観察者側へ反射させている。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、映像光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。
Conventionally, there has been proposed a head-mounted display device that allows an observer to observe an image source 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 arranged at a position facing the image source, and the image light displayed by the image source is positioned at the position corresponding to the eyes of the observer by the light guide plate. To the viewer side through the reflective layer. In such a display device, the viewer's field of view is blocked by the displayed image, so a magic mirror is used for the reflective layer, etc., so that the image light and the external light can be seen so as to overlap each other. There is a case.
ここで、この導光板には、導光方向に複数配列された単位光学形状が設けられている。この単位光学形状は、その配列方向に平行であって導光板の厚み方向に平行な断面形状が略三角形状に形成されており、上述の反射層が形成された反射面と、それに対向する対向面とで構成されている。
このような単位光学形状を有した導光板は、例えば、単位光学形状を形成した層の面上に、単位光学形状を覆うようにして別な層を形成することによって製造される。そのため、導光板は、単位光学形状の各面を境界として背面側の層と観察者側（出光側）の層とで構成されることとなる。背面側の層と観察者側の層とは、透過する光の屈折等を回避するために、同等の屈折率で形成されることとなるが、同じ材料を使用したとしても屈折率に微小な差異が生じてしまう場合がある。
Here, the light guide plate is provided with a plurality of unit optical shapes arranged in the light guide direction. The unit optical shape is formed in a substantially triangular shape in cross section parallel to the arrangement direction and parallel to the thickness direction of the light guide plate. It consists of a surface.
The light guide plate having such a unit optical shape is manufactured, for example, by forming another layer on the surface of the layer having the unit optical shape so as to cover the unit optical shape. Therefore, the light guide plate is composed of a layer on the back side and a layer on the viewer side (light output side) with each surface of the unit optical shape as a boundary. The back side layer and the viewer side layer are formed with the same refractive index in order to avoid refraction of transmitted light, etc., but even if the same material is used, the refractive index is very small. Differences can occur.
ここで、導光板の背面から入射する外界の光は、単位光学形状の反射面に対向する対向面に入射してしまう場合があり、背面側の層と観察者側の層との間に微小な屈折率差があるとき、外界の光がその面で全反射してしまい、出光面の法線方向に対して傾斜した状態で観察者側に届いてしまい、２重像、すなわちゴーストが発生し、外界の光が不鮮明になってしまうことがあった。また、導光板の構成によっては、同じ樹脂を使用することができなくなったり、同じ条件で成形することができなくなったりするため、屈折率を完全に同じにすることができない場合もある。 Here, external light incident from the back surface of the light guide plate may be incident on the facing surface facing the reflecting surface of the unit optical shape, and a minute amount is formed between the back surface layer and the viewer side layer. When there is a large difference in refractive index, the external light is totally reflected on the surface and reaches the observer side in a state inclined with respect to the normal direction of the light exit surface, resulting in a double image, that is, a ghost. In some cases, however, the light from the outside world becomes unclear. In addition, depending on the configuration of the light guide plate, the same resin cannot be used or it cannot be molded under the same conditions, so the refractive index may not be completely the same.
本発明の課題は、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半透過型反射シート、表示装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a transflective reflection sheet and a display device that can prevent the external light from becoming 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、背面から外界の光を透過するとともに、映像光を反射して出光面から前記映像光及び前記外界の光を出光する半透過型反射シート（２０）であって、単位光学形状（３０）が複数配列された第１光学形状層（２２）と、前記出光面を有し、前記第１光学形状層の前記単位光学形状側の面に積層される第２光学形状層（２３）とを備え、前記単位光学形状は、前記出光面に対して傾斜した第１傾斜面（３０ａ）と、前記第１傾斜面に対向し、前記出光面に対して傾斜した第２傾斜面（３０ｂ）とから構成され、前記映像光が出光する方向に平行であって前記単位光学形状の配列方向に平行な断面における断面形状が略三角形状に形成されており、前記第１傾斜面には、前記映像光の一部を反射し、その他を透過する半透過型反射層（２５）が形成されており、前記第１傾斜面と前記出光面とがなす角度をαとし、前記出光面の法線方向と前記第２傾斜面とがなす角度をφとしたときに、φ≦２×αを満たすこと、を特徴とする半透過型反射シートである。
請求項２の発明は、請求項１に記載の半透過型反射シート（２０）において、前記第１光学形状層（２２）及び前記第２光学形状層（２３）のうち高い方の屈折率をｎ１とし、低い方の屈折率をｎ２としたときに、φ≧ａｒｃｃｏｓ（ｎ２／ｎ１）を満たすこと、を特徴とする半透過型反射シートである。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の半透過型反射シート（２０）と、前記半透過型反射シートに映像光を出射する映像源（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
According to a second aspect of the present invention, in the transflective reflection sheet (20) according to the first aspect, the higher refractive index of the first optical shape layer (22) and the second optical shape layer (23) is obtained. It is a transflective reflection sheet characterized by satisfying φ ≧ arccos (n2 / n1) where n1 is the lower refractive index and n2.
A third aspect of the present invention is a display device comprising: the transflective reflection sheet (20) according to the first or second aspect; and an image source (11) that emits image light to the transflective reflection sheet. (1).
本発明によれば、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。 According to the present invention, it is possible to prevent external light from becoming unclear.
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
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
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、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、映像源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、映像源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へ入射し、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、外界から光の一部を、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。本実施形態では、半透過型反射シートを導光板２０に適用した例で説明する。
The
In addition, the
映像源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。映像源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、映像源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、本実施形態では、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。導光板２０は、図１に示すように、互いに平行であり、互いに対向する第１全反射面２０ｂ及び第２全反射面２０ｃと、−Ｘ側端部に、この第１全反射面２０ｂ及び第２全反射面２０ｃに対して傾斜した反射面２０ａとが設けられている。
The
The projection
The
反射面２０ａは、第１全反射面２０ｂ及び第２全反射面２０ｃ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２０ａ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２０ｂ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２０ａは、反射膜２７で反射した映像光を第１全反射面２０ｂにおいて全反射させるために、第１全反射面２０ｂに対して２５°〜４０°の範囲で傾斜している。
The
The
第１全反射面２０ｂ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２０ｃ側に向けて全反射させる。また、第１全反射面２０ｂは、第２全反射面２０ｃにおいて全反射した映像光を、第２全反射面２０ｃ側に向けて全反射させる。
第１全反射面２０ｂは、その−Ｘ側の端部が、映像源１１から投射された映像光を入光する入光面となっており、また、＋Ｘ側の端部が、単位光学形状部３０（後述する）において反射した映像光を導光板２０外へ出光する出光面となっている。
第２全反射面２０ｃ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２０ｂにおいて全反射した映像光を、第１全反射面２０ｂ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２０ｂ及び第２全反射面２０ｃの間で全反射を繰り返すことによって、導光板２０内の＋Ｘ方向（導光方向）に導光されることとなる。
The first
As for the 1st
The second
As described above, the image light reflected by the
次に、導光板２０の層構成について説明する。
図２は、本実施形態の導光板２０の詳細を説明する図である。図２（ａ）は、図１のａ部詳細を示す図である。図２（ｂ）は、単位光学形状部の他の形態を示す図である。
図２（ａ）に示すように、導光板２０は、観察者側（−Ｙ側）から順に、基材部２１、接合層２４、第２光学形状層２３、第１光学形状層２２が積層されている。
基材部２１は、導光板２０の基礎となる平板状の部材であり、例えば、光透過性の高いアクリル樹脂、スチレン樹脂、アクリルスチレン樹脂、ポリカーボーネート樹脂、脂環式ポリオレフィン樹脂等から形成されている。上述の第１全反射面２０ｂは、この基材部２１の観察者側（−Ｙ側）の面となる。
Next, the layer configuration of the
FIG. 2 is a diagram illustrating details of the
As shown in FIG. 2A, the
The
第１光学形状層２２は、導光板２０の観察者側から最も離れた側に位置する層である。第１光学形状層２２は、光透過性の高いウレタンアクリレート樹脂、エポキシアクリレート樹脂等から形成されており、その屈折率は、上述の基材部２１と同等の屈折率である。第１光学形状層２２は、その観察者側（−Ｙ側）の面であって、＋Ｘ側の端部近傍に、単位光学形状部３０が複数設けられている。
この単位光学形状部３０は、鉛直方向（Ｚ方向）に延在し、映像光の導光方向（Ｘ方向）に沿って複数配列されている。また、単位光学形状部３０は、観察者側（−Ｙ側）に凸になるようにして、映像光が出光する方向（導光板２０の厚み方向、Ｙ方向）に平行であって単位光学形状３０の配列方向（Ｘ方向）に平行な断面（ＸＹ面）における断面形状が略三角形状、いわゆるプリズム形状に形成されている。したがって、単位光学形状部３０は、第１傾斜面３０ａと、この第１傾斜面３０ａよりも映像光の進行する側（＋Ｘ側）に、第１傾斜面３０ａと対向して設けられた第２傾斜面３０ｂとから構成される。
なお、上述の第２全反射面２０ｃは、この第１光学形状層２２の背面側（＋Ｙ側）の面となる。
The first
The unit
The second
本実施形態では、この単位光学形状部３０は、鉛直方向（Ｚ方向）に延在するリニアプリズム形状に形成される例で説明するが、これに限定されるものでなく、リニアフレネルレンズ形状や、同心円状に単位光学形状が配列されるサーキュラーフレネルレンズ形状に形成されるようにしてもよい。
第１傾斜面３０ａは、第１全反射面２０ｂを全反射した映像光が直接入射する面であり、その＋Ｘ側の端部が、−Ｘ側の端部よりも観察者（出光）側（−Ｙ側）に位置している。第１傾斜面３０ａには、反射層（半透過型反射層）２５が設けられている。
第２傾斜面３０ｂは、第１全反射面２０ｂを全反射した映像光が直接入射しない面であり、その＋Ｘ側の端部が、−Ｘ側の端部よりも背面側（＋Ｙ側）に位置している。
In the present embodiment, the unit
The first
The second
第２光学形状層２３は、単位光学形状部３０を覆うようにして、第１光学形状層２２の観察者側の面に設けられた層であり、第１光学形状層２２の観察者側（−Ｙ側）の面を平坦にするために設けられている。第２光学形状層２３は、光透過性の高いウレタンアクリレート樹脂、エポキシアクリレート樹脂等から形成されている。第２光学形状層２３の観察者側の面は、接合層２４を介して基材部２１に接合される面であり、また、第２光学形状層２３から基材部２１へと通過する光の出光面となる。この第２光学形状層２３の出光面は、導光板２０の第１全反射面２０ｂ（出光面、ＸＺ平面）と平行である。
なお、第２光学形状層２３の観察者側に設けられる基材部２１を省略して、第２光学形状層２３の観察者側の面を導光板２０の出光面にしてもよい。
The second
The base 21 provided on the observer side of the second
ここで、単位光学形状部３０の第１傾斜面３０ａが、第１全反射面２０ｂ（出光面）に平行な面（ＸＺ平面）となす角度は、αである。また、第２傾斜面３０ｂが第１全反射面２０ｂに平行な面となす角度は、β（β＞α）である。さらに、出光面の法線方向（Ｙ方向）と第２傾斜面３０ｂとがなす角度は、φである。
また、単位光学形状部３０の配列ピッチは、Ｐであり、単位光学形状部３０の高さ（導光板の厚み方向（Ｙ方向）における単位光学形状部３０の頂部ｔから単位光学形状部３０間の谷底となる部位ｖまでの寸法）は、ｈである。なお、配列ピッチＰは、単位光学形状部３０の配列方向（Ｘ方向）における幅寸法と同等である。
本実施形態の単位光学形状部３０は、配列ピッチＰ等が一定であるが、角度αが映像光の進行する側（＋Ｘ側）へ向かうにつれて次第に大きくなり、また、それに伴い高さｈも大きくなっている例で説明するが、これに限定されるものでない。例えば、配列ピッチＰや、角度α、角度β、高さｈが一定に形成されるようにしてもよい。
Here, an angle formed by the first
Further, the arrangement pitch of the unit
In the unit
図３は、単位光学形状の第２傾斜面における外界の光の軌跡の一例を示す図である。
ここで、第１光学形状層２２と第２光学形状層２３とは、基本的には、同一の材料等で形成することによって、両層の屈折率が同等になるように形成されているが、微小な屈折率差（例えば、１／１０００以下）が生じてしまう場合がある。例えば、第１光学形状層の屈折率が第２光学形状層の屈折率よりも大きい場合、図３（ａ）に示すように、第１光学形状層を透過した外界の光の一部Ｇ１０が、第２傾斜面において全反射してしまい、出光面の法線方向に対して若干傾斜した状態で観察者側へと届いてしまう。また、第１光学形状層の屈折率が第２光学形状層の屈折率よりも小さい場合、図３（ｂ）に示すように、第１光学形状層及び第２光学形状層を透過した外界の光の一部Ｇ１１が、第２傾斜面において全反射してしまい、出光面の法線方向に対して若干傾斜した状態で観察者側へと届いてしまう。このように、出光面の法線方向に対して若干傾斜した状態で外界の光が観察者側に届いてしまうと、正面方向へ出光する外界の光Ｇ０の近傍に、この若干傾斜した状態の外界の光Ｇ１０や、光Ｇ１１が出光してしまい、２重像、いわゆるゴーストが生じて観察者によって視認される外界の光が不鮮明になってしまう。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a trajectory of external light on the second inclined surface having a unit optical shape.
Here, the first
そこで、本実施形態の導光板２０は、上述のゴースト発生の問題を解消するために、第１光学形状層２２及び第２光学形状層２３のうち、高い方の屈折率をｎ１とし、低い方の屈折率をｎ２としたときに、上述の角度α、角度φとの関係が以下の式（１）を満たすようにして単位光学形状部が形成されている。
Therefore, in the
式（１） ａｒｃｃｏｓ（ｎ２／ｎ１）≦φ≦２×α Formula (1) arccos (n2 / n1) ≦ φ ≦ 2 × α
このように上記式（１）を満たすようにして単位光学形状部３０を形成することによって、外界の光は、第２傾斜面３０ｂに入射したとしても、図２（ａ）に示す外界の光Ｇ２のように、全反射することなく、観察者側に届くこととなり、上述のゴーストが生じてしまうのを抑制することができ、観察者側に届く外界の光を鮮明にすることができる。
仮に角度φがａｒｃｃｏｓ（ｎ２／ｎ１）よりも小さい場合、第２傾斜面３０ｂに入射する外界の光が第２傾斜面３０ｂにおいて全反射し易くなり望ましくない。また、角度φが２×αよりも大きい場合、第１傾斜面３０ａに入射する映像光の一部が第２傾斜面３０ｂに入射してしまうため望ましくない。
Thus, by forming the unit
If the angle φ is smaller than arccos (n2 / n1), external light incident on the second
ここで、角度φが２×α未満である場合、映像光が、反射層２５を透過した後に、隣接する単位光学形状部３０の反射層２５に入射して反射する場合がある。この場合、第２傾斜面３０ｂ（第１光学形状層２２及び第２光学形状層２３の界面）を通過するときに両層の屈折率差によって映像光が屈折してしまい、反射層２５を透過せずに反射した映像光と比較して、光の角度が若干ずれてしまうことがあり、２重像を若干生じさせてしまう可能性がある。
そのため、第２傾斜面３０ｂは、図２（ｂ）に示すように、反射層２５に入射する映像光Ｌ１と平行、すなわち、第２傾斜面の角度φが、φ＝２×αとなるように形成されることがより望ましい。これにより、導光板２０は、映像源１１から投射された映像光が反射層２５を透過したとしても、その光が隣接する単位光学形状部３０の反射層２５に入射してしまうのを防ぐことができ（図２（ｂ）のＬ２参照）、上述の２重像が生じてしまうのを回避することができる。
Here, when the angle φ is less than 2 × α, the image light may be incident on the
Therefore, as shown in FIG. 2B, the second
接合層２４は、基材部２１及び第２光学形状層２３を接合する粘着剤である。接合層２４は、基材部２１及び第２光学形状層２３間を透過する映像光が屈折しないよう、これらの層と同等の屈折率を有する材料、例えば、光透過性の高いウレタンアクリレート樹脂、エポキシアクリレート樹脂、アクリル系粘着剤、シリコーン系粘着剤等により形成されている。
The
反射層２５は、入射した光の一部を反射し、その他を透過する半透過型の反射層、いわゆるマジックミラー（ハーフミラー）である。反射層２５の反射率と透過率の割合は、適宜設定することができるが、映像光を良好に反射させるとともに、外界の光を良好に透過させる観点から、透過率が４０〜６０％の範囲であることが望ましい。本実施形態の反射層２５は、反射率及び透過率がともに５０％のハーフミラー状に形成されている。
反射層２５は、単位光学形状部３０の第１傾斜面３０ａの面上に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層２５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、これに限らず反射層２５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。
The
The
本実施形態の反射層２５は、アルミニウムの蒸着によって約１００Åの厚みに形成されているが、光の反射率及び透過率を上述の好ましい範囲に設定できるのであれば、その材料等に応じて厚さを自由に設定することができる。
ここで、効率よく映像光を反射して導光板２０から出光させる観点から、第１傾斜面３０ａの角度αは、２０°≦α≦３５°の範囲内に、単位光学形状部３０の高さｈは、２０μｍ≦ｈ≦７００μｍの範囲内に形成されるのが望ましい。また、単位光学形状部３０の配列ピッチＰは、５０μｍ≦Ｐ≦１０００μｍの範囲内で形成されるのが望ましい。
The
Here, from the viewpoint of efficiently reflecting the image light and emitting the light from the
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、映像源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の第１全反射面２０ｂへと入射する。導光板２０内に入光した映像光Ｌは、反射面２０ａの反射膜２７に入射して第１全反射面２０ｂ側へと反射する。それから、その映像光Ｌは、第１全反射面２０ｂに入射して第２全反射面２０ｃ側へと全反射した後に、第２全反射面２０ｃに入射して第１全反射面２０ｂ側へと全反射する。このように第１全反射面２０ｂ及び第２全反射面２０ｃ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、第１光学形状層２２に設けられた単位光学形状部３０に入射する。
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２０ｂにおいて２回全反射し、第２全反射面２０ｃにおいて１回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、各面においてより多く又は少なく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
As shown in FIG. 1, the video light L emitted from the
In the
単位光学形状部３０に入射した映像光のうち、一部の映像光Ｌ１は、図２（ａ）に示すように、第１傾斜面３０ａの反射層２５に入射して第１全反射面２０ｂに対してほぼ垂直な方向（−Ｙ方向）に反射して、第１全反射面２０ｂから観察者の眼Ｅに向けて出光する。また、他の映像光は、ハーフミラー状に形成される反射層２５を透過して単位光学形状部３０内に入射することとなるが、そのほとんどが導光板２０の背面側から出光することとなる。
外界の光Ｇは、図１に示すように、導光板２０の背面側（＋Ｙ側）の第２全反射面２０ｃ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のうち一部の光は、第１傾斜面３０ａの反射層２５に入射し、その一部は反射層２５によって導光板２０の背面側へ反射してしまうが、他の一部Ｇ１は、図２（ａ）に示すように、ハーフミラー状に形成される反射層２５を透過して、第１全反射面２０ｂ（出光面）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Ｇ２は、全反射することなく第２傾斜面３０ｂを透過して、第１全反射面２０ｂ（出光面）から観察者の眼Ｅに向けて出光することとなる。
Of the image light incident on the unit
As shown in FIG. 1, the external light G enters the
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４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４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。
まず、図４（ａ）に示すように、単位光学形状部３０に対応する凹凸形状が設けられた金型を使用して、導光板２０を構成する第１光学形状層２２を押出成形法や、射出成形法等により形成する。
次に、図４（ｂ）に示すように、単位光学形状部３０の第１傾斜面３０ａ上に、真空蒸着法によりアルミニウムを蒸着して反射層２５を形成する。なお、反射層２５は、スパッタリングや、光反射材料が含有された塗料を塗布等することによって形成されるようにしてもよい。
Next, a method for manufacturing the
FIG. 4 is a diagram illustrating a method for manufacturing the
First, as shown in FIG. 4 (a), the first
Next, as shown in FIG. 4B, the
続いて、図４（ｃ）に示すように、第１光学形状層２２の単位光学形状部３０が形成された側の面に、第２光学形状層２３を構成する樹脂を充填し、平坦面が形成された金型によって押圧し、硬化させた後に離型する等により、第２光学形状層２３が形成される。
次に、図４（ｄ）に示すように、この単位光学形状部３０上に形成された第２光学形状層２３と、平板状の基材部２１とを接合層２４を介して貼り合せて、基材部２１、接合層２４、第２光学形状層２３、第１光学形状層２２が順次積層された積層体が完成する。
そして、最後に、この積層体を所定の形状に裁断した上で、＋Ｘ側（単位光学形状部が形成される側とは反対側）の背面側（−Ｙ側）の角部を加工して反射面２０ａを形成し、その反射面２０ａ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。
Subsequently, as shown in FIG. 4C, the surface of the first
Next, as shown in FIG. 4D, the second
Finally, after cutting this laminate into a predetermined shape, the corner on the back side (−Y side) on the + X side (the side opposite to the side where the unit optical shape portion is formed) is processed. The
以上より、本実施形態の導光板２０は、第１傾斜面３０ａに、映像光の一部を透過し、その他の映像光を反射する半透過型の反射層２５が形成され、第１傾斜面３０ａの角度αと第２傾斜面３０ｂの角度φとの関係がφ≦２×αを満たすようにして単位光学形状部３０が形成されている。これにより、本実施形態の導光板２０は、映像光が第２傾斜面３０ｂへ入射してしまうのを抑制するとともに、第１光学形状層２２及び第２光学形状層２３間において屈折率の差が生じていたとしても、外界の光が第２傾斜面３０ｂで全反射してしまうのを抑制することができる。これにより、導光板２０の出光面から視認される外界の光が２重像となる、いわゆるゴーストの発生を抑制することができ、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。
本実施形態の導光板２０は、第１光学形状層２２及び第２光学形状層２３のうち、高い方の屈折率をｎ１とし、低い方の屈折率をｎ２としたときに、φ≧ａｒｃｃｏｓ（ｎ２／ｎ１）を満たすように単位光学形状部３０が形成されている。これにより、本実施形態の導光板２０は、第１光学形状層２２と第２光学形状層２３との屈折率差に応じて最適な単位光学形状部３０を形成することができ、より効率よくゴーストの発生を抑制することができる。
As described above, in the
In the
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）
図５は、変形形態の半透過型反射シートを説明する図である。
（１）上述の実施形態において、半透過型反射シートを導光板２０に適用した例で説明したが、これに限定されるものでない。例えば、半透過型反射シートは、図５に示すように、表示装置１の映像源１１からの映像光を導光させずに第１傾斜面３０ａにおいて観察者側に直接反射させる反射シート２０に適用することもできる。この場合、第１傾斜面３０ａの角度αは５°≦α≦３５°の範囲内に、単位光学形状部３０の高さｈは５μｍ≦ｈ≦７００μｍの範囲内に、単位光学形状部３０の配列ピッチＰは５０μｍ≦Ｐ≦１０００μｍの範囲内に形成されるのが望ましい。
また、半透過型反射シートは、自動車等のフロントウィンドウに搭載されるヘッドアップディスプレイや、背景等の外界の光を透過するスクリーン等に適用することも可能である。
更に、半透過型反射シートをコンバイナー等の大型の虚像投影に適用する場合、単位光学形状部は、フレネルレンズ形状に形成されるようにしてもよい。
(Deformation)
FIG. 5 is a diagram illustrating a modified transflective reflection sheet.
(1) In the above-described embodiment, the example in which the transflective reflection sheet is applied to the
The transflective reflection sheet can also be applied to a head-up display mounted on a front window of an automobile or the like, a screen that transmits light from the outside such as a background, and the like.
Further, when the transflective reflection sheet is applied to a large virtual image projection such as a combiner, the unit optical shape portion may be formed in a Fresnel lens shape.
（２）第２傾斜面３０ｂは、その表面に微細な凹凸形状を形成して粗面化するようにしてもよい。このようにすることで、反射層２５を透過した映像光が、第１光学形状層２２に入射して第２傾斜面３０ｂに入射したとしても、第２傾斜面３０ｂにおいて拡散させることができ、観察者側に視認されてしまうのを抑制することができる。
(2) The second
（３）上述の実施形態において、導光板２０は、第１全反射面２０ｂ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。
また、上述の実施形態において、導光板２０は、第１全反射面２０ｂと映像光が出光する出光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出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
In the above-described embodiment, the
１ 表示装置
１１ 映像源
１２ 投射光学系
２０ 導光板
２０ａ 反射面
２０ｂ 第１全反射面
２０ｃ 第２全反射面
２１ 基材部
２２ 第１光学形状層
２３ 第２光学形状層
２４ 接合層
２５ 反射層
２７ 反射膜
３０ 単位光学形状部
３０ａ 第１傾斜面
３０ｂ 第２傾斜面
Ｅ 観察者の眼
DESCRIPTION OF
本発明は、背景等の外界の光を透過するとともに、映像光を反射する半透過型反射シート、導光板、表示装置に関するものである。
The present invention relates to a transflective reflective sheet , a light guide plate , and a display device that transmit external light such as a background and reflect video light.
本発明の課題は、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半透過型反射シート、導光板、表示装置を提供することである。
An object of the present invention is to provide a transflective reflection sheet , a light guide plate , and a display device that can prevent the outside light from becoming 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、背面から外界の光を透過するとともに、映像光を反射して出光面から前記映像光及び前記外界の光を出光する半透過型反射シート（２０）であって、単位光学形状（３０）が複数配列された第１光学形状層（２２）と、前記出光面を有し、前記第１光学形状層の前記単位光学形状側の面に積層される第２光学形状層（２３）とを備え、前記単位光学形状は、前記出光面に対して傾斜した第１傾斜面（３０ａ）と、前記第１傾斜面に対向し、前記出光面に対して傾斜した第２傾斜面（３０ｂ）とから構成され、前記映像光が出光する方向に平行であって前記単位光学形状の配列方向に平行な断面における断面形状が略三角形状に形成されており、前記第１傾斜面は、当該半透過型反射シートの厚み方向において、当該半透過型反射シートに入射した映像光が進行する側の進行側端部（ｔ）が、前記進行側端部とは反対側の端部（ｖ）よりも前記出光面側に配置されており、前記第１傾斜面にのみ、入射した光のうち一部を反射し、入射した光のうちその他を透過する半透過型反射層（２５）が形成されており、前記第１傾斜面と前記出光面とがなす角度をαとし、前記出光面の法線方向と前記第２傾斜面とがなす角度をφとしたときに、φ≦２×αを満たすこと、を特徴とする半透過型反射シートである。
請求項２の発明は、請求項１に記載の半透過型反射シート（２０）において、前記第１光学形状層（２２）及び前記第２光学形状層（２３）のうち高い方の屈折率をｎ１とし、低い方の屈折率をｎ２としたときに、φ≧ａｒｃｃｏｓ（ｎ２／ｎ１）を満たすこと、を特徴とする半透過型反射シートである。
請求項３の発明は、映像源（１１）から入射した映像光を導光して観察者側に出光する導光板（２０）であって、前記映像光を出光する出光面と、前記映像光を全反射させる第１全反射面（２０ｂ）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（２０ｃ）と、前記出光面に対して傾斜した第１傾斜面（３０ａ）と、前記第１傾斜面に対向し、前記出光面に対して傾斜した第２傾斜面（３０ｂ）とを有し、前記映像光の導光方向に複数配列された単位光学形状（３０）と、前記第１傾斜面にのみ設けられ、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反射させて該導光板から出光させる半透過型反射層（２５）とを備え、前記半透過型反射層は、前記第１傾斜面に、入射した光のうち一部を反射し、入射した光のうちその他を透過し、前記第１傾斜面は、当該導光板の厚み方向において、導光された映像光が進行する側（＋Ｘ側）の進行側端部が、前記進行側端部とは反対側の端部よりも前記出光面側に配置されており、前記第１傾斜面と前記出光面とがなす角度をαとし、前記出光面の法線方向と前記第２傾斜面とがなす角度をφとしたときに、φ≦２×αを満たすこと、を特徴とする導光板である。
請求項４の発明は、請求項３に記載の導光板（２０）において、該導光板の厚み方向における前記単位光学形状（３０）よりも前記出光面側の屈折率と、前記単位光学形状よりも前記出光面側とは反対側の屈折率のうち高い方の屈折率をｎ１とし、低い方の屈折率をｎ２としたときに、φ≧ａｒｃｃｏｓ（ｎ２／ｎ１）を満たすこと、を特徴とする導光板である。
請求項５の発明は、請求項１又は請求項２に記載の半透過型反射シート（２０）と、前記半透過型反射シートに映像光を出射する映像源（１１）と、を備える表示装置（１）である。
請求項６の発明は、請求項３又は請求項４に記載の導光板（２０）と、前記導光板に映像光を出射する映像源（１１）と、を備える表示装置である。
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
According to a second aspect of the present invention, in the transflective reflection sheet (20) according to the first aspect, the higher refractive index of the first optical shape layer (22) and the second optical shape layer (23) is obtained. It is a transflective reflection sheet characterized by satisfying φ ≧ arccos (n2 / n1) where n1 is the lower refractive index and n2.
The invention of claim 3 is a light guide plate (20) for guiding the image light incident from the image source (11) and emitting the image light to the observer side, a light exit surface for emitting the image light, and the image light. A first total reflection surface (20b) that totally reflects light, a second total reflection surface (20c) that is provided at a position facing the first total reflection surface and totally reflects the image light, and the light exit surface A first inclined surface (30a) inclined and a second inclined surface (30b) opposed to the first inclined surface and inclined with respect to the light output surface, and a plurality of them in the light guide direction of the video light. The unit optical shape (30) arranged and the image light that is provided only on the first inclined surface and is guided by repeating total reflection between the first total reflection surface and the second total reflection surface. A semi-transmissive reflective layer (25) that reflects and emits light from the light guide plate, and the semi-transmissive reflective layer includes: A part of the incident light is reflected on one inclined surface, and the other of the incident light is transmitted. The first inclined surface is guided by the guided video light in the thickness direction of the light guide plate. The side (+ X side) traveling side end is disposed closer to the light exit surface than the end opposite to the travel side end, and an angle formed by the first inclined surface and the light exit surface is formed. A light guide plate characterized by satisfying φ ≦ 2 × α, where α is α and an angle between the normal direction of the light exit surface and the second inclined surface is φ.
According to a fourth aspect of the present invention, in the light guide plate (20) according to the third aspect, the refractive index closer to the light exit surface than the unit optical shape (30) in the thickness direction of the light guide plate, and the unit optical shape. Is characterized in that φ ≧ arccos (n2 / n1) is satisfied, where n1 is the higher refractive index and n2 is the lower refractive index on the side opposite to the light exit surface side. The light guide plate.
A fifth aspect of the present invention is a display device comprising: the transflective sheet according to
The invention of claim 6 is a display device comprising the light guide plate (20) according to claim 3 or 4, and a video source (11) for emitting video light to the light guide plate.
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、背面から外界の光を透過するとともに、映像光を反射して出光面から前記映像光及び前記外界の光を出光する半透過型反射シート（２０）であって、単位光学形状（３０）が複数配列された第１光学形状層（２２）と、前記出光面を有し、前記第１光学形状層の前記単位光学形状側の面に積層される第２光学形状層（２３）とを備え、前記単位光学形状は、前記出光面に対して傾斜した第１傾斜面（３０ａ）と、前記第１傾斜面に対向し、前記出光面に対して傾斜した第２傾斜面（３０ｂ）とから構成され、前記映像光が出光する方向に平行であって前記単位光学形状の配列方向に平行な断面における断面形状が略三角形状に形成されており、前記第１傾斜面は、当該半透過型反射シートの厚み方向において、当該半透過型反射シートに入射した映像光が進行する側の進行側端部（ｔ）が、前記進行側端部とは反対側の端部（ｖ）よりも前記出光面側に配置されており、前記第１傾斜面にのみ、入射した光のうち一部を反射し、入射した光のうちその他を透過する半透過型反射層（２５）が形成されており、前記第１傾斜面と前記出光面とがなす角度をαとし、前記出光面の法線方向と前記第２傾斜面とがなす角度をφとしたときに、φ＝２×αを満たすこと、を特徴とする半透過型反射シートである。
請求項２の発明は、請求項１に記載の半透過型反射シート（２０）において、前記第１光学形状層（２２）及び前記第２光学形状層（２３）のうち高い方の屈折率をｎ１とし、低い方の屈折率をｎ２としたときに、φ≧ａｒｃｃｏｓ（ｎ２／ｎ１）を満たすこと、を特徴とする半透過型反射シートである。
請求項３の発明は、映像源（１１）から入射した映像光を導光して観察者側に出光する導光板（２０）であって、前記映像光を出光する出光面と、前記映像光を全反射させる第１全反射面（２０ｂ）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（２０ｃ）と、前記出光面に対して傾斜した第１傾斜面（３０ａ）と、前記第１傾斜面に対向し、前記出光面に対して傾斜した第２傾斜面（３０ｂ）とを有し、前記映像光の導光方向に複数配列された単位光学形状（３０）と、前記第１傾斜面にのみ設けられ、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反射させて該導光板から出光させる半透過型反射層（２５）とを備え、前記半透過型反射層は、前記第１傾斜面に、入射した光のうち一部を反射し、入射した光のうちその他を透過し、前記第１傾斜面は、当該導光板の厚み方向において、導光された映像光が進行する側（＋Ｘ側）の進行側端部が、前記進行側端部とは反対側の端部よりも前記出光面側に配置されており、前記第１傾斜面と前記出光面とがなす角度をαとし、前記出光面の法線方向と前記第２傾斜面とがなす角度をφとしたときに、φ＝２×αを満たすこと、を特徴とする導光板である。
請求項４の発明は、請求項３に記載の導光板（２０）において、該導光板の厚み方向における前記単位光学形状（３０）よりも前記出光面側の屈折率と、前記単位光学形状よりも前記出光面側とは反対側の屈折率のうち高い方の屈折率をｎ１とし、低い方の屈折率をｎ２としたときに、φ≧ａｒｃｃｏｓ（ｎ２／ｎ１）を満たすこと、を特徴とする導光板である。
請求項５の発明は、請求項１又は請求項２に記載の半透過型反射シート（２０）と、前記半透過型反射シートに映像光を出射する映像源（１１）と、を備える表示装置（１）である。
請求項６の発明は、請求項３又は請求項４に記載の導光板（２０）と、前記導光板に映像光を出射する映像源（１１）と、を備える表示装置である。
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
According to a second aspect of the present invention, in the transflective reflection sheet (20) according to the first aspect, the higher refractive index of the first optical shape layer (22) and the second optical shape layer (23) is obtained. It is a transflective reflection sheet characterized by satisfying φ ≧ arccos (n2 / n1) where n1 is the lower refractive index and n2.
The invention of claim 3 is a light guide plate (20) for guiding the image light incident from the image source (11) and emitting the image light to the observer side, a light exit surface for emitting the image light, and the image light. A first total reflection surface (20b) that totally reflects light, a second total reflection surface (20c) that is provided at a position facing the first total reflection surface and totally reflects the image light, and the light exit surface A first inclined surface (30a) inclined and a second inclined surface (30b) opposed to the first inclined surface and inclined with respect to the light output surface, and a plurality of them in the light guide direction of the video light. The unit optical shape (30) arranged and the image light that is provided only on the first inclined surface and is guided by repeating total reflection between the first total reflection surface and the second total reflection surface. A semi-transmissive reflective layer (25) that reflects and emits light from the light guide plate, and the semi-transmissive reflective layer includes: A part of the incident light is reflected on one inclined surface, and the other of the incident light is transmitted. The first inclined surface is guided by the guided video light in the thickness direction of the light guide plate. The side (+ X side) traveling side end is disposed closer to the light exit surface than the end opposite to the travel side end, and an angle formed by the first inclined surface and the light exit surface is formed. A light guide plate characterized by satisfying φ = 2 × α where α is α and an angle formed by a normal direction of the light exit surface and the second inclined surface is φ .
According to a fourth aspect of the present invention, in the light guide plate (20) according to the third aspect, the refractive index closer to the light exit surface than the unit optical shape (30) in the thickness direction of the light guide plate, and the unit optical shape. Is characterized in that φ ≧ arccos (n2 / n1) is satisfied, where n1 is the higher refractive index and n2 is the lower refractive index on the side opposite to the light exit surface side. The light guide plate.
A fifth aspect of the present invention is a display device comprising: the transflective sheet according to
The invention of claim 6 is a display device comprising the light guide plate (20) according to claim 3 or 4, and a video source (11) for emitting video light to the light guide plate.
Claims (3)
単位光学形状が複数配列された第１光学形状層と、
前記出光面を有し、前記第１光学形状層の前記単位光学形状側の面に積層される第２光学形状層とを備え、
前記単位光学形状は、前記出光面に対して傾斜した第１傾斜面と、前記第１傾斜面に対向し、前記出光面に対して傾斜した第２傾斜面とから構成され、前記映像光が出光する方向に平行であって前記単位光学形状の配列方向に平行な断面における断面形状が略三角形状に形成されており、
前記第１傾斜面には、前記映像光の一部を反射し、その他を透過する半透過型反射層が形成されており、
前記第１傾斜面と前記出光面とがなす角度をαとし、前記出光面の法線方向と前記第２傾斜面とがなす角度をφとしたときに、
φ≦２×αを満たすこと、
を特徴とする半透過型反射シート。 A transflective reflective sheet that transmits external light from the back surface and reflects video light to emit the video light and external light from a light exit surface,
A first optical shape layer in which a plurality of unit optical shapes are arranged;
A second optical shape layer having the light exit surface and laminated on the unit optical shape side surface of the first optical shape layer;
The unit optical shape includes a first inclined surface that is inclined with respect to the light exit surface, and a second inclined surface that is opposed to the first inclined surface and is inclined with respect to the light exit surface, and the image light is A cross-sectional shape in a cross section parallel to the direction of light emission and parallel to the arrangement direction of the unit optical shapes is formed in a substantially triangular shape,
The first inclined surface is formed with a transflective reflection layer that reflects a part of the image light and transmits the other part,
When the angle between the first inclined surface and the light exit surface is α and the angle between the normal direction of the light exit surface and the second inclined surface is φ,
satisfy φ ≦ 2 × α,
A transflective reflective sheet characterized by
前記第１光学形状層及び前記第２光学形状層のうち高い方の屈折率をｎ１とし、低い方の屈折率をｎ２としたときに、
φ≧ａｒｃｃｏｓ（ｎ２／ｎ１）を満たすこと、
を特徴とする半透過型反射シート。 The transflective sheet according to claim 1,
When the higher refractive index of the first optical shape layer and the second optical shape layer is n1, and the lower refractive index is n2,
satisfy φ ≧ arccos (n2 / n1),
A transflective reflective sheet characterized by
前記半透過型反射シートに映像光を出射する映像源と、
を備える表示装置。 The transflective reflection sheet according to claim 1 or 2,
An image source for emitting image light to the transflective reflection sheet;
A display device comprising:
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