JP2016170374A - Transflective sheet, display device, and manufacturing method for transflective sheet - 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、半透過型反射シートの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a transflective sheet, a display device, and a method for producing a transflective sheet 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。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, 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. 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.
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。 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.
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、半透過型反射シートの製造方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a transflective reflection sheet, a display device, and a method of manufacturing a transflective reflection sheet 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、前記出光面に対して傾斜した第1傾斜面(30)が複数配列された第1光学形状層(22)と、前記第1光学形状層の前記第1傾斜面が設けられた側の面に積層される第2光学形状層(23)と、前記第1傾斜面上の少なくとも一部に形成され、前記映像光の一部を反射し、その他を透過する反射層(25)と、隣り合う前記第1傾斜面間であって、前記第1光学形状層と前記第2光学形状層との境界に設けられる中間層(32)とを備え、前記第1光学形状層の屈折率をn1とし、前記第2光学形状層の屈折率をn2とした場合に、前記中間層の屈折率n3は、n1>n2の場合、n2<n3<n1を満たし、n1<n2の場合、n1<n3<n2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、前記中間層(32)の屈折率n3は、前記第1光学形状層(22)側から前記第2光学形状層(23)側に向かうにつれて、屈折率n1側から屈折率n2側に変動していること、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。
請求項4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)を形成する半透過型反射シートの製造方法であって、前記第1光学形状層(22)を形成する樹脂を成形型に充填し、半硬化状態の前記第1光学形状層(22’)を形成する第1成形工程と、前記第1成形工程によって形成された半硬化状態の前記第1光学形状層の前記第1傾斜面(30)に前記反射層(25)を形成する反射層形成工程と、前記第1光学形状層の前記第1傾斜面側の面に、前記第2光学形状層(23)を形成する樹脂を充填し硬化させて前記第2光学形状層を形成するとともに、半硬化状態の前記第1光学形状層を硬化させて、隣り合う前記第1傾斜面間であって、前記第1光学形状層と前記第2光学形状層との境界に前記中間層(32)を形成する第2成形工程と、を備える半透過型反射シートの製造方法である。
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 refractive index n3 of the intermediate layer (32) is the second optical shape from the first optical shape layer (22) side. The transflective sheet is characterized in that the refractive index fluctuates from the refractive index n1 side to the refractive index n2 side toward the shape layer (23) side.
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).
Invention of Claim 4 is a manufacturing method of the semi-transmissive reflection sheet which forms the semi-transmissive reflection sheet (20) of
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ける鉛直方向を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, the vertical direction in the state where the observer has mounted 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(半透過型反射シート)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。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。なお、半透過型反射シートとは、入射した光の一部を透過し、その他を反射するシートを総称するものであり、透過率及び反射率が50%であるものに限られない。
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側に反射させる。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、再び第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、第1傾斜面30及び第2傾斜面31(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に示すように、導光板20は、観察者側(−Y側)から順に、基材部26、接合層24、第2光学形状層23、第1光学形状層22、基材部21が積層されている。
基材部21及び基材部26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。
Next, the layer configuration of the
FIG. 2 is a diagram illustrating details of the
As shown in FIG. 2, the
The
基材部21は、導光板20の最も背面側に設けられた層であり、その背面側(+Y側)の面が、上述の第2全反射面20cとなる。この基材部21の背面側の面は、入射する光の拡散を抑制する観点から平滑(例えば、60度の光沢度で90以上)に形成されるのが望ましい。
また、基材部26は、導光板20の最も観察者側に設けられた層であり、その観察者側(−Y側)の面が、上述の第1全反射面20bとなる。この基材部26の背面側の面は、入射する光の拡散を抑制する観点から平滑(例えば、60度の光沢度で90以上)に形成されるのが望ましい。
The
Moreover, the
第1光学形状層22は、基材部21の観察者側(−Y側)の面に設けられる層である。第1光学形状層22は、光透過性の高いエポキシアクリレートや、ウレタンアクリレート等の紫外線硬化性樹脂から形成されており、その屈折率は、上述の基材部21、基材部26と同等の屈折率である。なお、第1光学形状層22には、上述の樹脂の他、熱重合型の樹脂(アクリル樹脂(PMMA))や、2液硬化型の樹脂等を使用することも可能である。
第1光学形状層22は、図1に示すように、その観察者側(−Y側)の面であって、+X側の端部近傍に、第1傾斜面30が複数設けられている。
The first
As shown in FIG. 1, the first
この第1傾斜面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。
この第1傾斜面30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、出光面(第1全反射面20b、第2光学形状層23の観察者側の面)に対して傾斜しており、その+X側の端部t1が、−X側の端部v1よりも観察者(出光)側(−Y側)に位置している。この第1傾斜面30上の全面には、すなわち、第1傾斜面30及び第2傾斜面31(後述する)間の全体には、反射層25が形成されている。
The first
The first
第2光学形状層23は、第1光学形状層22の第1傾斜面30側の面を覆うようにして、第1光学形状層22の観察者側の面に設けられた層である。第2光学形状層23は、光透過性の高いエポキシアクリレートや、ウレタンアクリレート等の紫外線硬化性樹脂から形成されている。なお、第2光学形状層23には、上述の樹脂の他、熱重合型の樹脂(アクリル樹脂(PMMA))や、2液硬化型の樹脂等を使用することも可能である。
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26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26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26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 surface on the observer side of the second
The
第2光学形状層23は、第1光学形状層22と対向する面(背面、+Y側の面)に上述の第1傾斜面30に対応する第2傾斜面31が形成されている。
この第2傾斜面31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。第2傾斜面31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、出光面(第1全反射面20b、第2光学形状層23の観察者側の面)に対して傾斜しており、その+X側の端部t2が、−X側の端部v2よりも観察者(出光)側(−Y側)に位置している。第2傾斜面31は、第1傾斜面30に対向しており、その第1傾斜面30と平行な面であり、上述したように、この第2傾斜面31及び第1傾斜面30間の全体には、反射層25が設けられている。
In the second
The second
ここで、第1傾斜面30及び第2傾斜面31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1傾斜面30及び第2傾斜面31の配列ピッチは、Pである。更に、第1傾斜面30の高さ(導光板の厚み方向(Y方向)における第1傾斜面30の観察者側の端部t1から背面側の端部v1までの寸法)は、h1であり、第2傾斜面31の高さ(導光板の厚み方向(Y方向)における第2傾斜面31の観察者側の端部t2から背面側の端部v2までの寸法)は、h2であり、本実施形態では、h1=h2である。
なお、本実施形態では、配列ピッチPは、第1傾斜面30及び第2傾斜面31の配列方向(X方向)における幅寸法と同等である例を示すが、各傾斜面の幅寸法よりも大きくなるようにしてもよい。
Here, an angle between the first
In the present embodiment, an example in which the arrangement pitch P is equal to the width dimension in the arrangement direction (X direction) of the first
本実施形態の第1傾斜面30及び第2傾斜面31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h1、h2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、高さh1、h2が一定に形成されるようにしてもよい。
本実施形態では、第1光学形状層22及び第2光学形状層23は、それぞれエポキシアクリレートの紫外線硬化性樹脂により形成されている。
The first
In the present embodiment, the first
図3は、比較例の導光板に入射す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、同一の材料を用いることによって、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。その場合、図3に示す比較例の導光板のように、互いに隣り合う第1傾斜面(第3傾斜面)間に、第1光学形状層22と第2光学形状層23との境界となる境界面が形成されてしまう。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a trajectory of external light incident on the light guide plate of the comparative example.
Here, the first
そのため、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、境界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、境界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しまい、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。 Therefore, for example, when the refractive index of the first optical shape layer is larger than the refractive index of the second optical shape layer, as shown in FIG. 3A, a part of the external light transmitted through the first optical shape layer. G10 is totally reflected at the boundary surface and reaches the observer side in a state slightly inclined with respect to the normal direction of the light exit surface. In addition, when the refractive index of the first optical shape layer is smaller than the refractive index of the second optical shape layer, as shown in FIG. 3B, the external environment transmitted through the first optical shape layer and the second optical shape layer A part of the light G11 is totally reflected at the boundary surface and reaches the observer side with a slight inclination with respect to the normal direction of the light exit surface. In this way, when the external light reaches the observer side with a slight inclination with respect to the normal direction of the light exit surface, the slightly inclined state in the vicinity of the external light G0 emitted in the front direction. The external light G10 and the light G11 are emitted, a double image, so-called ghost, is generated, and the external light visually recognized by the observer becomes unclear.
そこで、本実施形態の導光板20は、互いに隣り合う第1傾斜面30(第2傾斜面31)間であって、第1光学形状層22と第2光学形状層23との境界、すなわち上述の比較例の導光板の境界面の存在する位置に、中間層32が設けられている。
この中間層32は、第1光学形状層22及び第2光学形状層23と同様の材料、すなわち本実施形態では、エポキシアクリレートの紫外線硬化性樹脂により形成されている。また、第1光学形状層22の屈折率をn1とし、第2光学形状層23の屈折率をn2とした場合に、この中間層32の屈折率n3は、n1>n2の場合、n2<n3<n1を満たし、n1<n2の場合、n1<n3<n2を満たすようにして形成されている。
Therefore, the
The
また、この中間層32の屈折率n3は、第1光学形状層22側から第2光学形状層23側に向かうにつれて、屈折率n1側から屈折率n2側に徐々に変動している。例えば、第1光学形状層の屈折率n1がn1=1.53であり、第2光学系像層の屈折率n2がn2=1.55である場合、中間層32の屈折率n3は、第1光学形状層22側から第2光学形状層23側に向かうにつれて、n1(1.53)側からn2(1.55)側に徐々に増加するように変動している。
このように中間層32を設けることによって、導光板20は、第1光学形状層22及び第2光学形状層23間に屈折率の差が生じていたとしても、上述の境界面が起因となる光の全反射を抑制することができ、上述の2重像(ゴースト)が生じてしまうのを防ぐことができる。
The refractive index n3 of the
By providing the
接合層24は、基材部26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26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、第1傾斜面30の面上、すなわち第1傾斜面30及び第2傾斜面31間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30及び第2傾斜面31の角度αは、20°≦α≦35°の範囲内に、第1傾斜面30の高さh1は、20μm≦h1≦700μmの範囲内に、第2傾斜面31の高さh2は、20μm≦h2≦700μmの範囲内に形成されるのが望ましい。また、第1傾斜面30及び第2傾斜面31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及び第2光学形状層23間に設けられた反射層25に入射する。
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
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。
反射層25に入射した映像光のうち、一部の映像光L1は、図2に示すように、反射層25において第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、反射層25を透過して第1光学形状層22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。
In the
Of the image light incident on the
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、反射層25に入射する。そして、その一部の光G1は、図2に示すように、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。また、他の光は、反射層25と第1光学形状層22との界面で背面側(+Y側)に反射することとなる
また、導光板20の厚み方向に対してX方向に傾斜した状態で導光板20の背面から入射する外界の光の一部は、中間層32に入射することとなるが、この中間層32の屈折率n3が、第1光学形状層22側から第2光学形状層23側に向かうにつれて、屈折率n1から屈折率n2に徐々に変動しているので、そのほとんどが中間層32において全反射することなく観察者側に出射する。
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。
図4(a)に示すように、基材部21の観察者側となる面に、エポキシアクリレートの紫外線硬化性樹脂を塗布し、第1傾斜面30に対応する斜面を有する凹凸形状が設けられた成形型に押圧し、紫外線を照射して半硬化させた後に成形型から離型することによって、半硬化状態の第1光学形状層22’が形成される(第1成形工程)。このとき、導光方向(X方向)に隣り合う第1傾斜面30間には、境界面30aが形成される。
次に、図4(b)に示すように、半硬化状態の第1光学形状層22’の第1傾斜面30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(反射層形成工程)。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
As shown in FIG. 4A, an uneven shape having an inclined surface corresponding to the first
Next, as shown in FIG. 4B, the
続いて、図4(c)に示すように、半硬化状態の第1光学形状層22’の第1傾斜面30側の面に、エポキシアクリレートの紫外線硬化性樹脂を充填し、平坦面が形成された金型によって押圧し、紫外線を照射して硬化させた後に離型する等により、第2光学形状層23が形成されるとともに、第1光学形状層22を構成する樹脂が硬化して、第1光学形状層22も形成される(第2成形工程)。
このとき、第2光学形状層23を構成する紫外線硬化性樹脂は、半硬化状態の第1光学形状層22’の第1傾斜面30側の面に充填されることによって、境界面30aにおいて第1光学形状層22’の樹脂と混ざり合い、境界面30aが存在した部位には、中間層32が形成される。このように中間層32が形成されることによって、中間層32の屈折率n3は、n1<n3<n2又はn2<n3<n1を満たすとともに、第1光学形状層22側から第2光学形状層23側に向かうにつれて、n1側からn2側へ徐々に変動するようになる。
なお、第2光学形状層23を構成する紫外線硬化性樹脂に予め溶剤(例えば、有機溶媒)を混合して、境界面30aにおいて第1光学形状層22’の樹脂と第2光学形状層23の樹脂とがより混ざり易くなるようにして、中間層32をより効率よく形成するようにしてもよい。
Subsequently, as shown in FIG. 4 (c), the surface on the first
At this time, the ultraviolet curable resin constituting the second
In addition, a solvent (for example, an organic solvent) is mixed in advance with the ultraviolet curable resin constituting the second
次に、図4(d)に示すように、第1光学形状層22上に形成された第2光学形状層23と、平板状の基材部26とを接合層24を介して貼り合せて、基材部26、接合層24、第2光学形状層23、第1光学形状層22、基材部21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(反射層25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。
なお、上述の説明では、作製した第1光学形状層22の観察者側の面に反射層25、第2光学形状層23を順次形成する例を示したが、これに限定されるものでなく、先に第2光学形状層23を作製した上で、第2光学形状層23の背面側の面に反射層25、第1光学形状層22を順次形成するようにしてもよい。
Next, as shown in FIG. 4 (d), 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
In the above description, the example in which the
以上より、本実施形態の導光板20は、第1光学形状層22の屈折率をn1とし、第2光学形状層23の屈折率をn2とした場合に、中間層32の屈折率n3は、n1>n2の場合、n2<n3<n1を満たし、n1<n2の場合、n1<n3<n2を満たす。これにより、導光板20は、背面側から外界の光が中間層32に入射したとしても、そのほとんどを全反射させることなく観察者側に透過させることができ、2重像(ゴースト)が生じて観察者に視認される外界の光が不鮮明になるのを抑制することができる。
導光板20は、中間層32の屈折率n3が、第1光学形状層22側から第2光学形状層23側に向かうにつれて、屈折率n1から屈折率n2に変動しているので、光学形状層間の屈折率差を徐々に変動させることができ、中間層32における全反射の発生をより効率よく低減することができる。
導光板20の製造方法は、半硬化状態の第1光学形状層22’の第1傾斜面30側の面に、第2光学形状層23を形成する樹脂を充填し硬化させて第2光学形状層23を形成するとともに、半硬化状態の第1光学形状層22’を硬化させているので、隣り合う第1傾斜面30間に容易に、効率よく中間層32を形成することができる。
As described above, in the
In the
In the method of manufacturing 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反射層25において観察者側に直接反射させる半透過型反射シート20に適用することもできる。この場合、第1傾斜面30及び第2傾斜面31の角度αは5°≦α≦35°の範囲内に、第1傾斜面30の高さh1は5μm≦h1≦700μmの範囲内に、第2傾斜面31の高さh2は5μm≦h2≦700μmの範囲内に、第1傾斜面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。
(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.
(2)上述の実施形態において、導光板20の背面(基材部21の背面)及び導光板20の観察者側の面(基材部26の観察者側の面)のいずれか又はその両方の面に、傷つき防止を目的としたハードコート処理を施すようにしてもよい。このハードコート処理は、例えば、導光板20の背面及び観察者側の面のいずれか又は両方の面に、ハードコート機能を有する紫外線硬化型樹脂(例えば、ウレタンアクリレート)を塗布してハードコート層を形成するようにしてもよい。
(2) In the above-described embodiment, either or both of the back surface of the light guide plate 20 (the back surface of the base material portion 21) and the viewer side surface of the light guide plate 20 (the surface on the viewer side of the base material portion 26). The surface may be subjected to a hard coat treatment for the purpose of preventing scratches. In this hard coat treatment, for example, an ultraviolet curable resin (for example, urethane acrylate) having a hard coat function is applied to one or both of the back surface and the viewer side surface of the
(3)上述の実施形態において、反射層25は、第1傾斜面30上の全面、すなわち第1傾斜面30及び第2傾斜面31間の全体に設けられる例を示したが、これに限定されるものでなく、第1傾斜面30上の一部に設けられるようにしてもよい。例えば、反射層25は、第1傾斜面30の+X側の領域、すなわち映像光の反射に寄与する領域にのみ設けるようにしてもよい。
(3) In the above-described embodiment, the example in which the
(4)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。
(4) 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
26 基材部
27 反射膜
30 第1傾斜面
31 第2傾斜面
32 中間層
E 観察者の眼
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記出光面に対して傾斜した第1傾斜面が複数配列された第1光学形状層と、
前記第1光学形状層の前記第1傾斜面が設けられた側の面に積層される第2光学形状層と、
前記第1傾斜面上の少なくとも一部に形成され、前記映像光の一部を反射し、その他を透過する反射層と、
隣り合う前記第1傾斜面間であって、前記第1光学形状層と前記第2光学形状層との境界に設けられる中間層とを備え、
前記第1光学形状層の屈折率をn1とし、前記第2光学形状層の屈折率をn2とした場合に、前記中間層の屈折率n3は、n1>n2の場合、n2<n3<n1を満たし、n1<n2の場合、n1<n3<n2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 and reflects video light, and emits the video light and external light from a light exit surface;
A first optical shape layer in which a plurality of first inclined surfaces inclined with respect to the light exit surface are arranged;
A second optical shape layer laminated on a surface of the first optical shape layer on which the first inclined surface is provided;
A reflective layer formed on at least a part of the first inclined surface, reflecting a part of the image light and transmitting the other;
An intermediate layer provided between the first inclined surfaces adjacent to each other and at the boundary between the first optical shape layer and the second optical shape layer;
When the refractive index of the first optical shape layer is n1 and the refractive index of the second optical shape layer is n2, the refractive index n3 of the intermediate layer is n2 <n3 <n1 when n1> n2. And if n1 <n2, satisfy n1 <n3 <n2.
A transflective reflective sheet characterized by
前記中間層の屈折率n3は、前記第1光学形状層側から前記第2光学形状層側に向かうにつれて、屈折率n1側から屈折率n2側に変動していること、
を特徴とする半透過型反射シート。 The transflective sheet according to claim 1,
The refractive index n3 of the intermediate layer varies from the refractive index n1 side to the refractive index n2 side as it goes from the first optical shape layer side to the second optical shape layer side.
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:
前記第1光学形状層を形成する樹脂を成形型に充填し、半硬化状態の前記第1光学形状層を形成する第1成形工程と、
前記第1成形工程によって形成された半硬化状態の前記第1光学形状層の前記第1傾斜面に前記反射層を形成する反射層形成工程と、
前記第1光学形状層の前記第1傾斜面側の面に、前記第2光学形状層を形成する樹脂を充填し硬化させて前記第2光学形状層を形成するとともに、半硬化状態の前記第1光学形状層を硬化させて、隣り合う前記第1傾斜面間であって、前記第1光学形状層と前記第2光学形状層との境界に前記中間層を形成する第2成形工程と、
を備える半透過型反射シートの製造方法。 A method of producing a transflective sheet for forming the transflective sheet according to claim 1 or 2,
Filling a mold for forming the first optical shape layer in a mold, and forming the first optical shape layer in a semi-cured state; and
A reflective layer forming step of forming the reflective layer on the first inclined surface of the first optical shape layer in a semi-cured state formed by the first molding step;
The surface of the first optical shape layer on the first inclined surface side is filled with a resin that forms the second optical shape layer and cured to form the second optical shape layer, and the semi-cured first state A second molding step of curing one optical shape layer and forming the intermediate layer at a boundary between the first optical shape layer and the second optical shape layer between the adjacent first inclined surfaces;
A method for producing a transflective reflective sheet.
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