JP2023061044A - Light guide plate - Google Patents

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理規 杉原
Osanori Sugihara
幸男 加藤
Yukio Kato
佑紀 川原
Yuki Kawahara
諒 山田
Makoto Yamada
智隆 谷口
Tomotaka Taniguchi
吉章 立木
Yoshiaki Tachiki
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Mitsubishi Chemical Corp
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Abstract

To provide a light guide plate for AR display with which it is possible to improve designability, and with which product freeform and molded article low distortion both are achieved.SOLUTION: Provided is a light guide plate for AR display which is formed with a light permeable resin material. The light guide plate has a relief-type diffraction element formed by transfer-shaping a diffractive optical pattern optically designed on a metal mold taking into account the curvature of the light guide plate in the plate width direction on the image light entering and image light emitting planes on the surface of the light guide plate. The curvature in the plate width direction is a circular arc or a free-form curved surface in radius of curvature of 100 mm or greater and is added to one or both of a first direction which is the plate width direction of the light guide plate and a second direction which is orthogonal to the first direction. The parallelism is 0.5-50 μm, the retardation is 1-200 nm, and the light intensity ratio to a plane light guide plate is 90% or greater.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は導光板に関する。 The present invention relates to a light guide plate.

表示装置において、画像表示用導光板が用いられる場合がある。例えば、VR(仮想現実)技術、AR(拡張現実)技術又はMR(複合現実)を用いた表示装置においては、ホログラム層が透明基材に支持された画像表示用導光板や、凹凸形状の回折光学パターンを有する透明基材から構成される画像表示用導光板が用いられる。ホログラム層には、種々の光学機能、例えば、導波、反射及び回折の機能を有するホログラムが形成される。
透明基材としては、ガラス基材が用いられることが多い。しかし、加工性、軽量性、耐久性及び可搬性の観点から、透明基材として、樹脂基材が用いられることがより好ましい。
2. Description of the Related Art An image display light guide plate may be used in a display device. For example, in a display device using VR (virtual reality) technology, AR (augmented reality) technology, or MR (mixed reality), a light guide plate for image display in which a hologram layer is supported by a transparent substrate, or an uneven diffraction pattern An image display light guide plate composed of a transparent substrate having an optical pattern is used. The hologram layer is formed with holograms having various optical functions such as guiding, reflecting and diffractive functions.
A glass substrate is often used as the transparent substrate. However, from the viewpoint of workability, light weight, durability and portability, it is more preferable to use a resin base material as the transparent base material.

特許文献1には、第1光入射部と第1光出射部とを備えた第1導光体と、前記第1導光体の前記第1光入射部に設けられ、入射光の一部を回折させて前記第1導光体の内部を反射により導光させる第1回折光学素子と、前記第1導光体の前記第1光入射部と反対側の面に設けられた反射部材と、を有し、前記反射部材は、前記入射光のうち前記第1回折光学素子で回折されない光の少なくとも一部が、前記反射部材で反射した後、前記第1回折光学素子で回折し、前記第1導光体の内部を反射により導光するように配置されていることを特徴とする光学デバイスが記載されている。 Patent Literature 1 discloses a first light guide including a first light entrance portion and a first light exit portion, and a portion of incident light provided in the first light entrance portion of the first light guide. a first diffractive optical element that diffracts and guides light through the inside of the first light guide by reflection; , wherein at least part of the incident light that is not diffracted by the first diffractive optical element is reflected by the reflective member and then diffracted by the first diffractive optical element, and An optical device is described, characterized in that it is arranged to guide light by reflection inside a first light guide.

特許文献2には、表示された仮想画像を眺めるための透明な自由形状導波路プリズムと、プリズムと共に結合される場合に現実世界のシーンの適切な眺めを可能にするためのシースルー補償レンズと、ディスプレイ内容を供給するための小型の画像ディスプレイユニットとから成る、眼鏡の外見を有する人間工学的光学シースルーヘッドマウントディスプレイデバイスが記載されている。 US Pat. No. 6,201,200 discloses a transparent free-form waveguide prism for viewing a displayed virtual image, a see-through compensation lens for allowing proper viewing of real-world scenes when combined with the prism, and An ergonomic optical see-through head-mounted display device having the appearance of eyeglasses is described, consisting of a miniature image display unit for providing display content.

特許文献3には、曲面部と、前記曲面部に所定のピッチで形成された微細構造体と、を備え、前記所定のピッチは、前記曲面部の外縁に近づくほど狭くなることを特徴とする光学部材が記載されている。 Patent Document 3 has a curved surface portion and microstructures formed on the curved surface portion at a predetermined pitch, and the predetermined pitch is characterized by narrowing as it approaches the outer edge of the curved surface portion. An optical member is described.

特許第6232863号公報Japanese Patent No. 6232863 特開2020-184080号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2020-184080 特開2019-159203号公報JP 2019-159203 A

特許文献1には、導光板の形状を曲面形状にするという設計思想が無く、自由形状の設計性に乏しくデザイン性に制約が発生する。
特許文献2及び特許文献3には、導光板の形状を自由形状とする設計思想が見られるものの、歪み、残留応力(変形)を最小限にする具体的な手法が明示されておらず、製品自由形状及び成形品の低歪を両立できない。
Patent document 1 does not have a design concept of making the shape of the light guide plate into a curved surface shape, and the free-form design is poor and the design is restricted.
Although Patent Documents 2 and 3 have a design concept of free-form light guide plate, they do not specify a specific method for minimizing distortion and residual stress (deformation). Free shape and low distortion of the molded product cannot be achieved at the same time.

本発明は、デザイン性を向上することが可能であり、製品自由形状及び成形品の低歪を両立した、ARディスプレイ用の導光板を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a light guide plate for an AR display that is capable of improving designability and achieves both free shape of products and low distortion of molded products.

[1] 光透過性の樹脂材料によって形成されたARディスプレイ用の導光板であって、
前記導光板の表面の画像光入射面及び画像光出射面に、回折光学パターンが設計されたレリーフ型回折素子を有し、
板幅方向の湾曲が、曲率半径が100mm以上の円弧又は自由曲面であり、前記導光板の板幅方向の第1の方向及び前記第1の方向と直交する第2の方向のいずれか一方又は両方に付与されており、
平行度が0.5~50μmであり、
リタデーションが1~200nmであり、
平板形状導光板との光強度比が90%以上であることを特徴とする、導光板。
[2] 前記画像光入射面の回折光学パターンの線幅が100~300nmであり、高さが30~150nmであり、前記高さと前記線幅の比の値(高さ/線幅)が0.1~1.5である、[1]に記載の導光板。
[3] 前記画像光出射面の回折光学パターンの線幅が50~250nmであり、高さが30~150nmであり、前記高さと前記線幅の比の値(高さ/線幅)が0.12~3.0である、[1]又は[2]に記載の導光板。
[4] 前記光透過性の樹脂材料のガラス転移温度が50~200℃である、[1]~[3]のいずれかに記載の導光板。
[5] 前記光透過性の樹脂材料の吸湿率が0.01~1.0質量%であり、吸湿による寸法変化率が0.01~1.0%である、[1]~[4]のいずれかに記載の導光板。
[6] 前記光透過性の樹脂材料の熱収縮率が3.0%以下である、[1]~[5]のいずれかに記載の導光板。
[7] 前記光透過性の樹脂材料の光線透過率が85~100%であり、黄色度が5以下であり、黄変度が5以下である、[1]~[6]のいずれかに記載の導光板。
[8] 前記光透過性の樹脂材料の屈折率が1.2~2.0である、[1]~[7]のいずれかに記載の導光板。
[9] 前記光透過性の樹脂材料のシャルピー衝撃強度が0.5~15kJ/mである、[1]~[8]のいずれかに記載の導光板。
[10] 前記光透過性の樹脂材料の比重が1.0~1.5g/cmである、[1]~[9]のいずれかに記載の導光板。
[1] A light guide plate for an AR display made of a light-transmitting resin material,
a relief-type diffraction element having a diffractive optical pattern designed on the image light incident surface and the image light exit surface of the surface of the light guide plate;
The curvature in the plate width direction is a circular arc or a free-form surface with a radius of curvature of 100 mm or more, and either a first direction in the plate width direction of the light guide plate or a second direction orthogonal to the first direction, or given to both
Parallelism is 0.5 to 50 μm,
Retardation is 1 to 200 nm,
A light guide plate having a light intensity ratio of 90% or more with respect to a flat light guide plate.
[2] The diffraction optical pattern on the image light incident surface has a line width of 100 to 300 nm, a height of 30 to 150 nm, and a ratio of the height to the line width (height/line width) of 0. .1 to 1.5, the light guide plate according to [1].
[3] The diffraction optical pattern on the image light exit surface has a line width of 50 to 250 nm, a height of 30 to 150 nm, and a ratio of the height to the line width (height/line width) of 0. .12 to 3.0, the light guide plate according to [1] or [2].
[4] The light guide plate according to any one of [1] to [3], wherein the light-transmitting resin material has a glass transition temperature of 50 to 200°C.
[5] The light-transmitting resin material has a moisture absorption rate of 0.01 to 1.0% by mass, and a dimensional change rate due to moisture absorption of 0.01 to 1.0%. [1] to [4] The light guide plate according to any one of .
[6] The light guide plate according to any one of [1] to [5], wherein the light-transmitting resin material has a heat shrinkage rate of 3.0% or less.
[7] Any one of [1] to [6], wherein the light transmissive resin material has a light transmittance of 85 to 100%, a yellowness index of 5 or less, and a yellowness index of 5 or less. Light guide plate as described.
[8] The light guide plate according to any one of [1] to [7], wherein the light-transmitting resin material has a refractive index of 1.2 to 2.0.
[9] The light guide plate according to any one of [1] to [8], wherein the light-transmitting resin material has a Charpy impact strength of 0.5 to 15 kJ/m 2 .
[10] The light guide plate according to any one of [1] to [9], wherein the light-transmitting resin material has a specific gravity of 1.0 to 1.5 g/cm 3 .

本発明によれば、デザイン性を向上することが可能であり、製品自由形状及び成形品の低歪を両立した、ARディスプレイ用の導光板を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is possible to improve designability, and can provide the light-guide plate for AR displays which compatible the product free shape and the low distortion of a molded product.

図1は、本発明の導光板の一例を示す要部断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part showing an example of the light guide plate of the present invention. 図2は、図1に示す矢印Aから導光板20を見た平面図である。FIG. 2 is a plan view of the light guide plate 20 viewed from the arrow A shown in FIG. 図3は、本発明の導光板の平行度(肉厚)の測定方法を説明する模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a method for measuring the parallelism (thickness) of the light guide plate of the present invention.

以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。しかし、本発明は後述する実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り、種々の変形が可能である。
本発明において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の両側の数値をその範囲に含む。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Embodiments for carrying out the present invention will be described in detail below. However, the present invention is not limited to the embodiments described later, and various modifications are possible without departing from the gist of the present invention.
In the present invention, the numerical range represented by "-" includes the numerical values on both sides of "-".

[導光板]
本発明の導光板は、光透過性の樹脂材料によって形成されたARディスプレイ用の導光板であって、前記導光板の表面の画像光入射面及び画像光出射面に、金型上に前記導光板の板幅方向の湾曲を踏まえて光学設計された回折光学パターンを転写賦形することにより形成されたレリーフ型回折素子を有する。ただし、画像光入射面に関しては、同様の機能を有すればレリーフ型回折素子に限定しない。
[Light guide plate]
The light guide plate of the present invention is a light guide plate for an AR display made of a light-transmitting resin material, wherein the image light entrance surface and the image light exit surface of the light guide plate are provided on the mold. It has a relief-type diffraction element formed by transferring and shaping a diffraction optical pattern optically designed based on the curvature of the plate width direction of the light plate. However, the image light incident surface is not limited to the relief type diffraction element as long as it has a similar function.

以下では、図面を適宜参照しながら、本発明の導光板を説明する。
図1は、本発明の導光板の一例を示す要部断面図である。図1に示す導光板20は、表面200の画像光入射面20a及び画像光出射面20bに、金型上に光学設計された回折光学パターンを転写賦形することにより形成されたレリーフ型回折素子(入射光側レリーフ型回折素子30a,出射光側レリーフ型回折素子30b)を有する。
図2は、図1に示す矢印Aから導光板20を見た平面図である。
図1及び図2に示す導光板20の全体的な外観は、図中YZ面に平行に延びる湾曲状の部材によって形成されている。この導光板20は、光透過性の樹脂材料により形成された板状の部材であり、画像形成部10に対向配置された表面200、表面200の裏側である第1のパネル面201、裏面203の裏側であり、第1のパネル面201と対向する第2のパネル面202とを有し、表面200に形成された画像光入射面20aを通じて画像光が入射され、第1のパネル面201及び第2のパネル面202により、画像光出射面20bへ導光する。
Hereinafter, the light guide plate of the present invention will be described with appropriate reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part showing an example of the light guide plate of the present invention. The light guide plate 20 shown in FIG. 1 is a relief-type diffraction element formed by transferring a diffractive optical pattern optically designed on a mold onto the image light entrance surface 20a and the image light exit surface 20b of the surface 200. (incident light side relief type diffraction element 30a, exit light side relief type diffraction element 30b).
FIG. 2 is a plan view of the light guide plate 20 viewed from the arrow A shown in FIG.
The overall appearance of the light guide plate 20 shown in FIGS. 1 and 2 is formed by curved members extending parallel to the YZ plane in the drawings. The light guide plate 20 is a plate-shaped member made of a light-transmitting resin material, and has a front surface 200 arranged to face the image forming section 10, and a first panel surface 201 and a rear surface 203 on the back side of the front surface 200. , and has a first panel surface 201 and a second panel surface 202 facing each other. Image light is incident through an image light incident surface 20a formed on the front surface 200. The second panel surface 202 guides the light to the image light exit surface 20b.

図1に示す画像形成部10は、画像表示装置11と、投射光学系12とを有する。画像表示装置11は、例えば、液晶表示デバイスであり、光源から赤、緑、青の3色を含む光を発生させ、光源からの光を拡散させて矩形断面の光束にして、投射光学系12に向けて出射する。一方、投射光学系12は、例えば、画像表示装置11上の各点から出射された画像光を平行状態の光束に変換して、導光板20に入射させるコリメートレンズである。 The image forming section 10 shown in FIG. 1 has an image display device 11 and a projection optical system 12 . The image display device 11 is, for example, a liquid crystal display device. emit toward On the other hand, the projection optical system 12 is, for example, a collimating lens that converts the image light emitted from each point on the image display device 11 into a parallel light beam and makes the light beam enter the light guide plate 20 .

導光板20は、YZ面に平行な表面200上に、画像形成部10からの画像光を取り込む光入射部である画像光入射面20aと、画像光を観察者の眼EYに向けて出射させる画像光出射面20bとを有している。画像光入射面20aには、入射光側レリーフ型回折素子30aが金型上に光学設計された回折光学パターンを転写賦形することにより形成され、画像光出射面20bには、画像光出射面20bから外部に向けて出射された画像光を回折させて透過させ、虚像光として観察者の眼EYに投射する出射光側レリーフ型回折素子30bが金型上に光学設計された回折光学パターンを転写賦形することにより形成されている。 The light guide plate 20 has an image light incident surface 20a, which is a light incident portion that receives image light from the image forming section 10, on a surface 200 parallel to the YZ plane, and emits the image light toward the observer's eye EY. and an image light exit surface 20b. An incident light side relief type diffraction element 30a is formed on the image light incident surface 20a by transferring and forming an optically designed diffractive optical pattern on a mold. The output light side relief type diffraction element 30b that diffracts and transmits the image light emitted to the outside from 20b and projects it as virtual image light to the observer's eye EY forms a diffractive optical pattern optically designed on the mold. It is formed by transfer molding.

図1では、入射光側レリーフ型回折素子30aと出射光側レリーフ型回折素子30bは、一例として、格子周期が同一となっている。しかし、入射光側レリーフ型回折素子30aと出射光側レリーフ型回折素子30bの格子周期は異なっていてもよい。
導光板20は、互いに対向しYZ面に対して平行に延びる第1のパネル面201及び第2のパネル面202を有しており、入射光側レリーフ型回折素子30aで回折させた画像光を導光板内で全反射させて、入射光側レリーフ型回折素子30aで回折させた画像光を観察者の眼前に導光する。換言すると、画像形成部10から出射された光L1は、画像光入射面20aに入射して入射光側レリーフ型回折素子30aで回折され(光L2)、光L2は第2のパネル面202に入射して全反射され(光L3)、次いで、光L3は、第1のパネル面201に入射して全反射される。以下この動作が繰り返されることで、画像光は、導光板20の画像光出射面20bに導かれる。画像光出射面20bに導かれた画像光は、出射光側レリーフ型回折素子30bで回折された後、観察者の眼EYに向けて出射される(光L4)。
In FIG. 1, the incident light side relief type diffraction element 30a and the output light side relief type diffraction element 30b have the same grating period as an example. However, the grating periods of the incident-light-side relief-type diffraction element 30a and the exit-light-side relief-type diffraction element 30b may be different.
The light guide plate 20 has a first panel surface 201 and a second panel surface 202 which are opposed to each other and extend parallel to the YZ plane. The image light, which is totally reflected in the light guide plate and diffracted by the incident light side relief diffraction element 30a, is guided to the viewer's eye. In other words, the light L1 emitted from the image forming section 10 enters the image light incident surface 20a and is diffracted by the incident light side relief diffraction element 30a (light L2). It enters and is totally reflected (light L3), and then the light L3 enters the first panel surface 201 and is totally reflected. By repeating this operation, the image light is guided to the image light exit surface 20 b of the light guide plate 20 . The image light guided to the image light exit surface 20b is diffracted by the exit light side relief diffraction element 30b and then emitted toward the observer's eye EY (light L4).

なお、第1のパネル面201及び第2のパネル面202には反射コートを施さず、第1のパネル面201及び第2のパネル面202に対して外界側から入射する外界光が、高い透過率で導光板20を通過するようにしてもよい。これにより、導光板20を、外界像の透視が可能なシースルータイプとすることができる。 Note that the first panel surface 201 and the second panel surface 202 are not coated with a reflective coating, and the external light incident on the first panel surface 201 and the second panel surface 202 from the outside is highly transmitted. The light may pass through the light guide plate 20 at a rate. Thereby, the light guide plate 20 can be of a see-through type that allows the see-through of the image of the outside world.

〈湾曲〉
本発明の導光板は、板幅方向の湾曲が、曲率半径が100mm以上の円弧又は自由曲面であり、前記導光板の板幅方向の第1の方向及び前記第1の方向と直交する第2の方向のいずれか一方又は両方に付与されている。
〈Curved〉
In the light guide plate of the present invention, the curvature in the plate width direction is an arc or a free-form surface with a radius of curvature of 100 mm or more, and the light guide plate has a first direction in the plate width direction and a second direction perpendicular to the first direction. in either or both directions.

導光板20の板幅方向の湾曲の曲率半径は、100mm以上であり、150mm以上が好ましく、200mm以上がより好ましい。
導光板20の板幅方向の湾曲の曲率半径が100mm以上であると、本発明の導光板の視認性が十分で、身体装着時に身体に適合させる事ができる。
導光板20の板幅方向の湾曲の曲率半径が100mm未満であると、導光板の視認性が劣り、身体装着時の身体への適合が困難となる。
導光板20の板幅方向の湾曲の曲率半径は、3次元測定器により、同一断面上における成形品表面の3点の位置計測することにより測定して得られる値である。
The radius of curvature of the light guide plate 20 in the plate width direction is 100 mm or more, preferably 150 mm or more, and more preferably 200 mm or more.
When the radius of curvature of the light guide plate 20 in the plate width direction is 100 mm or more, the visibility of the light guide plate of the present invention is sufficient, and it can be adapted to the body when worn.
If the radius of curvature of the light guide plate 20 in the plate width direction is less than 100 mm, the visibility of the light guide plate is poor, making it difficult to fit the body when worn.
The radius of curvature of the light guide plate 20 in the plate width direction is a value obtained by measuring the positions of three points on the surface of the molded product on the same cross section with a three-dimensional measuring device.

導光板20の板幅方向の第1の方向は、例えば、y軸方向であり、第1の方向と直交する第2の方向は、例えば、z軸方向である。 A first direction in the plate width direction of the light guide plate 20 is, for example, the y-axis direction, and a second direction perpendicular to the first direction is, for example, the z-axis direction.

〈平行度〉
導光板20の平行度(P)は、0.5~50μmであり、0.6~45μmが好ましく、0.7~40μmがより好ましい。
導光板20の平行度(P)が上記範囲内であると、本発明の導光板の寸法精度がより優れたものになる。
導光板20の平行度(P)は、導光板20の点群データを3Dスキャナーにより採取し、導光板20の外側の曲面Aの特定の点Bを通り、かつ点Bに接する面Cに対して垂直な直線Dを引き、直線Dと曲面Aに対向する曲面Eとの交点を点Fとするとき、点Bと点Fの距離を求め、導光板の複数の箇所において同様の測定をし、当データのうち、最大値と最小値の差を平行度とする(図3)。
<Parallelism>
The parallelism (P) of the light guide plate 20 is 0.5 to 50 μm, preferably 0.6 to 45 μm, more preferably 0.7 to 40 μm.
When the parallelism (P) of the light guide plate 20 is within the above range, the dimensional accuracy of the light guide plate of the present invention is more excellent.
The parallelism (P) of the light guide plate 20 is obtained by collecting point cloud data of the light guide plate 20 with a 3D scanner, and measuring When the intersection of the straight line D and the curved surface E facing the curved surface A is the point F, the distance between the points B and F is obtained, and similar measurements are made at multiple locations on the light guide plate. , the difference between the maximum value and the minimum value in this data is taken as the degree of parallelism (Fig. 3).

〈リタデーション〉
導光板20のリタデーションは、1~200nmであり、3~150nmが好ましく、4~100nmがより好ましい。
導光板20のリタデーションが上記範囲内であると、光が適切に導光、回折され、像の歪みの発生が無く、本発明の導光板の視認性が優れたものになる。
導光板20のリタデーションは、二次元複屈折評価システム(PA-110、フォトニック・ラティス社製)を用いて測定して得られる値である。測定箇所を数mm□のエリアに区切り、そのエリアを水平になるように測定機にセットして測定する。
<Retardation>
The retardation of the light guide plate 20 is 1 to 200 nm, preferably 3 to 150 nm, more preferably 4 to 100 nm.
When the retardation of the light guide plate 20 is within the above range, the light is properly guided and diffracted, no image distortion occurs, and the visibility of the light guide plate of the present invention is excellent.
The retardation of the light guide plate 20 is a value obtained by measuring using a two-dimensional birefringence evaluation system (PA-110, manufactured by Photonic Lattice). The area to be measured is divided into areas of several mm square, and the area is set horizontally on the measuring machine and measured.

〈光強度〉
本発明の導光板の平板形状導光板に対する光強度比は90%以上であり、95%以上が好ましい。
本発明の導光板の光強度比が上記範囲内であると、画像として認識される光線の強度が充分となり、本発明の導光板の視認性が優れたものとなる。
本発明の導光板の光強度比は、シミュレーションにより計算される相対光強度であり、平板形状導光板の光強度に対する比率である。回折格子特性の解析には、RCWA(Rigorous Coupled-Wave Analysys)法を用い、市販の電磁界シミュレータであるRsoft DiffractMOD (商標)等を活用する。また、導光板のシミュレーションには、モンテカルロ光線追跡法[I. Powell “Ray Tracing through systems containing holographic optical elements”,Appl. Opt. 31,pp.2259-2264 (1992).]を採用する市販の光線追跡ソフトウェア LightTools(商標)等を利用する。
屈折率1.64、厚み1.5mmの導光板上の一面に、5mm×5mmの入射回折格子および40mm×40mmの出射回折格子を設置し、2種の回折格子の間には1.5mmの間隙を設ける。光源は入射回折格子の中央に垂直に入射する4mmΦの平行光とし、受光器は出射回折格子の中央から垂直方向に17mmの距離に10mmΦの大きさで設置する。
光源中心、入射回折格子中心、出射回折格子中心、面受光器中心が曲率円と同一平面上となるように導光板の1方向に曲率を付与し、同平面上での平均受光強度を算出、平板形状導光板の受光強度に対する比率を求める。
<Light intensity>
The light intensity ratio of the light guide plate of the present invention to the flat light guide plate is 90% or more, preferably 95% or more.
When the light intensity ratio of the light guide plate of the present invention is within the above range, the intensity of light rays recognized as an image is sufficient, and the visibility of the light guide plate of the present invention is excellent.
The light intensity ratio of the light guide plate of the present invention is the relative light intensity calculated by simulation, and is the ratio to the light intensity of the flat light guide plate. The RCWA (Rigorous Coupled-Wave Analysis) method is used to analyze the diffraction grating characteristics, and a commercially available electromagnetic field simulator such as Rsoft DiffractMOD (trademark) is utilized. For the simulation of the light guide plate, the Monte Carlo ray tracing method [I. Powell "Ray Tracing through systems containing holographic optical elements", Appl. Opt. 31, pp. 2259-2264 (1992). ] is utilized, such as LightTools™.
On one surface of a light guide plate having a refractive index of 1.64 and a thickness of 1.5 mm, an incident diffraction grating of 5 mm×5 mm and an output diffraction grating of 40 mm×40 mm are installed, and a 1.5 mm gap is provided between the two kinds of diffraction gratings. Leave a gap. The light source is parallel light with a diameter of 4 mm and vertically incident on the center of the incident diffraction grating.
Curvature is given to one direction of the light guide plate so that the center of the light source, the center of the incident diffraction grating, the center of the outgoing diffraction grating, and the center of the surface light receiver are on the same plane as the curvature circle, and the average received light intensity on the same plane is calculated. A ratio to the light receiving intensity of the flat light guide plate is obtained.

〈回折光学パターン〉
《線幅、高さ及び高さ/線幅》
画像光入射面20aの回折光学パターンの線幅(L)は、100~300nmであり、120~280nmが好ましく、140~260nmがより好ましい。画像光入射面20aの回折光学パターンの高さ(H)は、30~150nmであり、40~140nmが好ましく、50~130nmがより好ましい。
画像光入射面20aの回折光学パターンの高さ(H)と線幅(L)の比の値(高さ(H)/線幅(L))は、0.1~1.5であり、0.14~1.17が好ましく、0.19~0.93がより好ましい。
画像光入射面20aの回折格子パターンの線幅(L)、高さ(H)及び高さ(H)/線幅(L)が上記範囲内であると、画像形成部より出射された画像光が画像光入射面通過後の回折角が所定の範囲内となり、回折光が導光板内を全反射で伝播し、画像光出射面に到達することが可能となる。
画像光入射面20aの回折格子パターンの線幅(L)及び高さ(H)は、原子間力顕微鏡(Nano-R、パシフィックナノテクノロジー社製)を用いて測定して得られる値である。画像光入射面20aの回折格子パターンの高さ(H)と線幅(L)の比の値(H/L)は、上述した方法によって測定した高さ(H)及び線幅(L)から計算して求めた値である。
<Diffraction optical pattern>
《Line Width, Height and Height/Line Width》
The line width (L) of the diffraction optical pattern of the image light incident surface 20a is 100 to 300 nm, preferably 120 to 280 nm, more preferably 140 to 260 nm. The height (H) of the diffraction optical pattern on the image light incident surface 20a is 30 to 150 nm, preferably 40 to 140 nm, more preferably 50 to 130 nm.
The ratio of the height (H) to the line width (L) of the diffraction optical pattern on the image light incident surface 20a (height (H)/line width (L)) is 0.1 to 1.5, 0.14 to 1.17 is preferred, and 0.19 to 0.93 is more preferred.
When the line width (L), height (H), and height (H)/line width (L) of the diffraction grating pattern on the image light incident surface 20a are within the above ranges, the image light emitted from the image forming unit is within a predetermined range after passing through the image light incident surface, and the diffracted light can propagate in the light guide plate by total reflection and reach the image light exit surface.
The line width (L) and height (H) of the diffraction grating pattern on the image light incident surface 20a are values obtained by measurement using an atomic force microscope (Nano-R, manufactured by Pacific Nanotechnology). The ratio (H/L) between the height (H) and the line width (L) of the diffraction grating pattern on the image light incident surface 20a is obtained from the height (H) and the line width (L) measured by the method described above. It is a calculated value.

画像光出射面20bの回折光学パターンの線幅(L’)は、50~250nmであり、70~230nmが好ましく、90~210nmがより好ましい。
画像光出射面20bの回折光学パターンの高さ(H’)は、30~150nmであり、40~140nmが好ましく、50~130nmがより好ましい。
画像光出射面20bの回折光学パターンの高さと線幅の比の値(高さ(H’)/線幅(L’))は、0.12~3.0であり、0.28~2.00が好ましく、0.24~1.44がより好ましい。
画像光出射面20bの回折格子パターンの線幅(L’)、高さ(H’)及び高さ(H’)/線幅(L’)が上記範囲内であると、導光板内で伝播してきた画像光が出射面を通過後、回折角が所定の範囲内となり、画像のぼかしやゴーストが無く、視認性に優れた画像が観察者に到達することが可能となる。
画像光出射面20bの回折格子パターンの線幅(L’)、高さ(H’)及び高さ(H’)/線幅(L’)は、それぞれ、画像光入射面20aの回折格子パターンの線幅(L)、高さ(H)、及び高さ(H)/線幅(L)と同様にして求めた値である。
The line width (L′) of the diffraction optical pattern of the image light exit surface 20b is 50-250 nm, preferably 70-230 nm, more preferably 90-210 nm.
The height (H′) of the diffraction optical pattern on the image light exit surface 20b is 30 to 150 nm, preferably 40 to 140 nm, more preferably 50 to 130 nm.
The value of the ratio of the height to the line width (height (H')/line width (L')) of the diffraction optical pattern of the image light exit surface 20b is 0.12 to 3.0, and 0.28 to 2.0. 0.00 is preferred, and 0.24 to 1.44 is more preferred.
When the line width (L′), height (H′), and height (H′)/line width (L′) of the diffraction grating pattern on the image light exit surface 20b are within the above ranges, After the image light that has passed through the exit surface, the diffraction angle falls within a predetermined range, and an image with excellent visibility can reach the observer without image blurring or ghosting.
The line width (L′), height (H′), and height (H′)/line width (L′) of the diffraction grating pattern of the image light exit surface 20b are respectively the diffraction grating pattern of the image light entrance surface 20a. are values obtained in the same manner as the line width (L), height (H), and height (H)/line width (L).

〈光透過性の樹脂材料〉
《樹脂材料》
前記光透過性の樹脂材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ナイロン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール共重合体、フッ素樹脂フィルム、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、環状ポリオレフィン、セルロース、アセチルセルロース、ポリ塩化ビニリデン、アラミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリ(メタ)アクリル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリアリレート、ポリノルボルネン、スチレン-イソブチレン-スチレンブロック共重合体(SIBS)、アリルジグリコールカーボネート等の有機材料が挙げられる。前記光透過性の樹脂材料は、ポリ(メタ)アクリル樹脂、エポキシ樹脂、環状ポリオレフィン及びポリカーボネートからなる群から選択される少なくとも1種の樹脂を含むことが好ましい。
<Light transmissive resin material>
《Resin material》
Examples of the light-transmitting resin material include polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyethersulfone, polyimide, nylon, polystyrene, polyvinyl alcohol, ethylene-vinyl alcohol copolymer, fluororesin film, polyvinyl chloride, polyethylene, and polypropylene. , cyclic polyolefin, cellulose, acetylcellulose, polyvinylidene chloride, aramid, polyphenylene sulfide, polyurethane, polycarbonate, poly(meth)acrylic resin, phenolic resin, epoxy resin, polyarylate, polynorbornene, styrene-isobutylene-styrene block copolymer (SIBS), and organic materials such as allyl diglycol carbonate. The light-transmissive resin material preferably contains at least one resin selected from the group consisting of poly(meth)acrylic resins, epoxy resins, cyclic polyolefins and polycarbonates.

これらの樹脂材料は公知の方法により重合性材料を重合することにより得ることができる。重合性材料は、単量体、重合開始剤、乳化剤等を含むものが好ましい。単量体として、例えばポリ(メタ)アクリル樹脂の場合、(メタ)アクリル酸エステルが挙げられ、脂肪族メタクリレート(例えば、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル)、脂環式メタクリレート(例えば、メタクリル酸シクロヘキシル)、芳香族メタクリレート(例えば、メタクリル酸フェニル)等等が挙げられる。重合開始剤としては、アゾ重合開始剤、有機過酸化物等が挙げられる。アゾ重合開始剤としては、2,2’-アゾビス-(2,4-ジメチルバレロニトリル)等が挙げられる。有機過酸化物としては、t-ヘキシルパーオキシピバレート等が挙げられる。乳化剤としては、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム等が挙げられる。 These resin materials can be obtained by polymerizing polymerizable materials by known methods. The polymerizable material preferably contains a monomer, a polymerization initiator, an emulsifier, and the like. Examples of monomers for poly(meth)acrylic resins include (meth)acrylic acid esters, aliphatic methacrylates (e.g. methyl methacrylate, ethyl methacrylate, butyl methacrylate), alicyclic methacrylates (e.g. , cyclohexyl methacrylate), aromatic methacrylates (eg, phenyl methacrylate), and the like. Examples of polymerization initiators include azo polymerization initiators and organic peroxides. Azo polymerization initiators include 2,2'-azobis-(2,4-dimethylvaleronitrile) and the like. Organic peroxides include t-hexyl peroxypivalate and the like. Emulsifiers include dioctyl sodium sulfosuccinate and the like.

前記樹脂基材の透明性の観点では、ポリカーボネート又はポリ(メタ)アクリル樹脂を用いることが好ましく、前記樹脂基材の耐薬品性及び加工性等の耐プロセス性の観点では、ポリ(メタ)アクリル樹脂、エポキシ樹脂又は環状ポリオレフィンを用いることが好ましいが、中でも透明性及び耐プロセス性を両立できることから、ポリ(メタ)アクリル樹脂がより好ましい。 From the viewpoint of the transparency of the resin substrate, it is preferable to use polycarbonate or poly(meth)acrylic resin, and from the viewpoint of process resistance such as chemical resistance and workability of the resin substrate, poly(meth)acryl It is preferable to use a resin, an epoxy resin, or a cyclic polyolefin, and among them, a poly(meth)acrylic resin is more preferable because it can achieve both transparency and process resistance.

《ガラス転移温度》
前記光透過性樹脂材料のガラス転移温度は、特に限定されないが、50~200℃が好ましく、60~190℃がより好ましく、70~180℃がさらに好ましい。
前記光透過性の樹脂材料のガラス転移温度(Tg)が上記範囲内であると、本発明の導光板の寸法精度がより優れたものになる。
前記光透過性の樹脂材料のガラス転移温度(Tg)は、示差走査熱量計(Diamond DSC、パーキンエルマージャパン社製)を用いた示差走査熱量測定によって測定して得られる値である。
"Glass-transition temperature"
The glass transition temperature of the light-transmissive resin material is not particularly limited, but is preferably 50 to 200.degree. C., more preferably 60 to 190.degree. C., and even more preferably 70 to 180.degree.
When the glass transition temperature (Tg) of the light-transmitting resin material is within the above range, the dimensional accuracy of the light guide plate of the present invention is more excellent.
The glass transition temperature (Tg) of the light-transmitting resin material is a value measured by differential scanning calorimetry using a differential scanning calorimeter (Diamond DSC, manufactured by PerkinElmer Japan).

《吸湿率》
前記光透過性の樹脂材料の吸湿率は、特に限定されないが、0.01~1.0質量%が好ましく0.02~0.9質量%がより好ましく、0.03~0.8質量%がさらに好ましい。
前記光透過性の樹脂材料の吸湿率が上記範囲内であると、後述する寸法変化率を所定範囲内に収めることが容易となり、その結果、本発明の導光板の寸法精度がより優れたものとなる。
前記光透過性の樹脂材料の吸湿率は、JIS K 7209:2000「プラスチック-吸水率の求め方」に準拠して、試験片を23℃の蒸留水に浸漬し、吸水による24時間当たりの重量増加率を算出して得られる値である。
《Moisture Absorption Rate》
Although the moisture absorption rate of the light-transmitting resin material is not particularly limited, it is preferably 0.01 to 1.0% by mass, more preferably 0.02 to 0.9% by mass, and 0.03 to 0.8% by mass. is more preferred.
When the hygroscopicity of the light-transmitting resin material is within the above range, it becomes easy to keep the dimensional change ratio described later within a predetermined range, and as a result, the light guide plate of the present invention has superior dimensional accuracy. becomes.
The moisture absorption rate of the light-transmitting resin material is determined by immersing a test piece in distilled water at 23°C and measuring the weight per 24 hours of water absorption This value is obtained by calculating the rate of increase.

《吸湿による寸法変化率》
前記光透過性の樹脂材料の吸湿による寸法変化率は、特に限定されないが、0.01~1.0%が好ましく、0.02~0.9%がより好ましく、0.03~0.8%がさらに好ましい。
前記光透過性の樹脂材料の吸湿による寸法変化率が上記範囲内であると、本発明の導光板の寸法精度がより優れたものとなり、導光板の画像表示特性の経時的な変動を抑制できる傾向がある。また、本発明の導光板を過度に加工する必要がなくなるため、その生産性を向上させることができる。
前記光透過性の樹脂材料の吸湿による寸法変化率は、JIS K 7209:2000「プラスチック-吸水率の求め方」に準拠して、試験片を23℃の蒸留水に浸漬し、吸水による24時間当たりの重量増加率を樹脂材料の比重で除して得られる値である。
《Dimensional change rate due to moisture absorption》
The dimensional change rate of the light-transmitting resin material due to moisture absorption is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 1.0%, more preferably 0.02 to 0.9%, and 0.03 to 0.8. % is more preferred.
When the dimensional change rate due to moisture absorption of the light-transmitting resin material is within the above range, the dimensional accuracy of the light guide plate of the present invention is more excellent, and the change over time of the image display characteristics of the light guide plate can be suppressed. Tend. Moreover, since the light guide plate of the present invention does not need to be processed excessively, the productivity can be improved.
The dimensional change rate due to moisture absorption of the light-transmitting resin material was measured by immersing the test piece in distilled water at 23 ° C. in accordance with JIS K 7209:2000 "Plastics - Determination of water absorption rate" and measuring the water absorption for 24 hours. It is a value obtained by dividing the weight increase rate per unit by the specific gravity of the resin material.

《熱収縮率》
前記光透過性の樹脂材料の熱収縮率は、特に限定されないが、3.0%以下が好ましく、2.5%以下がより好ましく、2.0%以下がさらに好ましい。
前記光透過性の樹脂材料の熱収縮率が3.0%以下であると、本発明の導光板を用いて形成される、AR等のホログラムを利用した表示画像の鮮明性がより良好となる傾向がある。
前記光透過性の樹脂材料の熱収縮率は、JIS K 6718-1:2015「プラスチック-メタクリル樹脂板-タイプ,寸法及び特性-第1部:キャスト板」の付属書A「加熱時の寸法変化(収縮)の測定」に記載された測定方法に準拠して測定される熱収縮率である。
《Thermal shrinkage rate》
The heat shrinkage rate of the light-transmitting resin material is not particularly limited, but is preferably 3.0% or less, more preferably 2.5% or less, and even more preferably 2.0% or less.
When the heat shrinkage rate of the light-transmitting resin material is 3.0% or less, the clarity of the displayed image using a hologram such as AR formed using the light guide plate of the present invention is improved. Tend.
The heat shrinkage rate of the light-transmitting resin material is JIS K 6718-1: 2015 "Plastics-Methacrylic resin plate-Types, dimensions and characteristics-Part 1: Cast plate" Appendix A "Dimensional change during heating Measurement of (shrinkage)” is the thermal shrinkage rate measured in accordance with the measurement method described in “.

《光線透過率》
前記光透過性の樹脂材料の光線透過率は、特に限定されないが、85~100%が好ましく、86~100%がより好ましく、87~100%がさらに好ましい。
前記光透過性の樹脂材料の光線透過率が上記範囲内であると、本発明の導光板の視認性がより優れたものとなる。
前記光透過性の樹脂材料の光線透過率は、分光光度計(UV-2400、島津製作所社製)を用いて測定した波長450~650nmにおける光線透過率である。
《Light transmittance》
The light transmittance of the light-transmitting resin material is not particularly limited, but is preferably 85 to 100%, more preferably 86 to 100%, and even more preferably 87 to 100%.
When the light transmittance of the light-transmitting resin material is within the above range, the visibility of the light guide plate of the present invention is more excellent.
The light transmittance of the light-transmitting resin material is the light transmittance at a wavelength of 450 to 650 nm measured using a spectrophotometer (UV-2400, manufactured by Shimadzu Corporation).

《黄色度及び黄変度》
前記光透過性の樹脂材料の黄色度(YI)は、特に限定されないが、5以下が好ましく、4以下がより好ましく、3以下がさらに好ましい。
前記光透過性の樹脂材料の黄色度(YI)が5以下であると、本発明の導光板の視認性がより優れたものとなる。
前記光透過性の樹脂材料の黄変度(ΔYI)は、特に限定されないが、5以下が好ましく、4以下がより好ましく、3以下がさらに好ましい。
前記光透過性の樹脂材料の黄変度(ΔYI)が5以下であると、本発明の導光板の視認性がより優れたものとなる。
前記光透過性の樹脂材料の黄色度(YI)及び黄変度(ΔYI)は、分光色彩計(SE7700、日本電色工業社製)を用いて2°視野のC光源にて測定して得られる値である。
<<Yellowness and Yellowness>>
The yellowness index (YI) of the light-transmitting resin material is not particularly limited, but is preferably 5 or less, more preferably 4 or less, and even more preferably 3 or less.
When the yellowness index (YI) of the light-transmitting resin material is 5 or less, the visibility of the light guide plate of the present invention becomes more excellent.
The yellowing index (ΔYI) of the light-transmitting resin material is not particularly limited, but is preferably 5 or less, more preferably 4 or less, and even more preferably 3 or less.
When the yellowing index (ΔYI) of the light-transmitting resin material is 5 or less, the visibility of the light guide plate of the present invention becomes more excellent.
The yellowness (YI) and the yellowness (ΔYI) of the light-transmitting resin material are measured using a spectrocolorimeter (SE7700, manufactured by Nippon Denshoku Industries Co., Ltd.) with a C light source in a 2° field of view. is the value

《屈折率》
前記光透過性の樹脂材料の屈折率は、特に限定されないが、1.2~2.0が好ましく、1.3~1.9がより好ましく、1.4~1.8がさらに好ましい。
前記光透過性の樹脂材料の屈折率が上記範囲内であると、本発明の導光板の視認性がより優れたものになる。
前記光透過性の樹脂材料の屈折率は、アッベ屈折計を用いてJIS K 7142:2014「プラスチック-屈折率の求め方」に基づいて、23℃にて589nmのD線により測定して得られる値である。
《Refractive index》
The refractive index of the light-transmissive resin material is not particularly limited, but is preferably 1.2 to 2.0, more preferably 1.3 to 1.9, and even more preferably 1.4 to 1.8.
When the refractive index of the light-transmitting resin material is within the above range, the visibility of the light guide plate of the present invention becomes more excellent.
The refractive index of the light-transmitting resin material is obtained by measuring with the D line of 589 nm at 23 ° C. based on JIS K 7142: 2014 "Plastics - Determination of refractive index" using an Abbe refractometer. value.

《シャルピー衝撃強度》
前記光透過性の樹脂材料のシャルピー衝撃強度は、特に限定されないが、0.5~15kJ/mが好ましく、0.8~14.5kJ/mがより好ましく、1.0~14.0kJ/mがさらに好ましい。
前記光透過性の樹脂材料のシャルピー衝撃強度が上記範囲内であると、本発明の導光板の安全性がより優れたものになる。
前記光透過性樹脂材料のシャルピー衝撃強度は、万能衝撃試験機(安田精機製作所社製)を用いてJIS K 7111:2012に基づいて、試験片にノッチを付与し、振り子にて試験片を衝突させた際の衝撃強度を測定して得られる値である。
《Charpy Impact Strength》
The Charpy impact strength of the light-transmitting resin material is not particularly limited, but is preferably 0.5 to 15 kJ/m 2 , more preferably 0.8 to 14.5 kJ/m 2 , and 1.0 to 14.0 kJ. / m2 is more preferred.
When the Charpy impact strength of the light-transmitting resin material is within the above range, the safety of the light guide plate of the present invention is further improved.
The Charpy impact strength of the light-transmitting resin material is determined by applying a notch to the test piece based on JIS K 7111: 2012 using a universal impact tester (manufactured by Yasuda Seiki Seisakusho) and colliding the test piece with a pendulum. It is a value obtained by measuring the impact strength when it is applied.

《比重》
前記光透過性の樹脂材料の比重は、特に限定されないが、1.0~1.5g/cmが好ましく、1.05~1.45g/cmがより好ましく、1.1~1.4g/cmがさらに好ましい。
前記光透過性の樹脂材料の比重が上記範囲内であると、本発明の導光板の軽量性がより優れたものになる。
前記光透過性の樹脂材料の比重は、JIS K 7112:1999に準拠して、試験片を密度勾配管に投入したとき、試験片が浮遊している目盛の読取値である。
"specific gravity"
Although the specific gravity of the light-transmitting resin material is not particularly limited, it is preferably 1.0 to 1.5 g/cm 3 , more preferably 1.05 to 1.45 g/cm 3 , and 1.1 to 1.4 g. /cm 3 is more preferred.
When the specific gravity of the light-transmitting resin material is within the above range, the light guide plate of the present invention is more excellent in lightness.
The specific gravity of the light-transmitting resin material is the reading value of the scale when the test piece is suspended when the test piece is placed in the density gradient tube in accordance with JIS K 7112:1999.

[導光板の製造方法]
本発明の導光板は、例えば、入射光側レリーフ型回折素子形成用の回折パターン及び出射光側レリーフ型回折素子形成用の回折パターンを備えた射出成形用の型を準備し、上述した光透過性の樹脂材料を用いて射出成形を行うことにより、製造できる。
[Method for manufacturing light guide plate]
For the light guide plate of the present invention, for example, an injection molding mold provided with a diffraction pattern for forming an incident light side relief type diffraction element and a diffraction pattern for forming an exiting light side relief type diffraction element is prepared, and the above-described light transmission plate is prepared. It can be manufactured by injection molding using a flexible resin material.

具体的には、下記(1)~(3)の製造方法が挙げられる:
(1)重合セルに重合性原料を注入すること(注入工程)、重合性原料を硬化させること(硬化工程)、及び重合セルから樹脂基材を剥離すること(剥離工程)を含む導光板の製造方法;
(2)樹脂板を切削加工及び研磨加工すること(切削・研磨工程)を含む導光板の製造方法;及び
(3)射出成形用の型を用いて、樹脂基材を構成する樹脂材料を射出成形すること(射出成形工程)を含む導光板の製造方法。
前記(1)の製造方法の注入工程において、重合セルとしては、空間部の厚さが0.05mm以上4.0mm以下、空間部の厚み公差が±0.0001mm以上±0.2mm以下の重合セルを使用することが好ましく、空間部の厚さが0.1mm以上3.8mm以下、厚み公差が±0.0001mm以上±0.01mm以下の重合セルを使用することがより好ましい。
硬化工程において、重合性原料は、熱重合、光重合等により硬化させることができる。熱重合の場合、30℃以上150℃以下で、5分以上120分以下で重合させることが好ましく、50℃以上130℃以下で、10分以上60分以下で重合させることがより好ましい。光重合の場合、200nm以上500nm以下の波長の光を、照射強度10mWcm-2以上1000mWcm-2以下、照射時間1秒以上100秒以下で重合させることが好ましく、200nm以上500nm以下の波長の光を、照射強度50mWcm-2以上500mWcm-2以下、照射時間2秒以上20秒以下で重合させることが好ましい。
剥離工程において、硬化工程後、重合セルを室温まで冷却してから剥離することが好ましい。
前記(2)の製造方法の切削・研磨工程において、使用する樹脂板は市販品でもよいが、なかでも連続キャストアクリル板が好ましい。切削する方法としては、NC加工、砥石加工、ラッピング加工などが好ましい。研磨する方法としては、バフ研磨、化学研磨、電解研磨、化学機械研磨(CMP研磨)などが好ましい。この中でも、化学機械研磨(CMP研磨)は、樹脂基材の平行度Pや表面粗さをより短時間で低減させることができる傾向にあり、特に好ましい。
この化学機械研磨は、研磨材(砥粒)が有する表面化学作用や、これを含むスラリー液中の化学成分の作用によって、研磨材と研磨対象物との相対運動による機械的研磨(表面除去)効果を増大させる研磨方法である。
化学機械研磨としては、例えば、研磨パッドを貼り付けた上下定盤の間に樹脂板が取り付けられたキャリアを一定圧力で挟み、前記上下定盤を40℃以下に保つように温度制御した状態で、前記キャリアを自転・公転させながら前記上下定盤と前記キャリア間に研磨材を含んだスラリー液を送液し、同時に上下定盤を一定速度で回転させるという工程を採用することができる。
この化学機械研磨の条件は、上述の平行度Pを有する樹脂基材が得られる条件を適宜選択することができ、特に限定されるものではない。また、研磨パッドやスラリー液についても、公知のものを適宜選択して使用することができる。
前記(3)の製造方法の射出成形工程において、金型上に光学設計された回折光学パターンの転写性を高めるため、射出成形材料の標準成形条件に対し、シリンダー温度は高く、射出速度は速く、金型温度は高く行うことが好ましい。また、平行度Pを小さくするために、金型温度分布を均一にすることが好ましい。さらに、射出圧縮成形を行うことがより好ましい。
Specifically, the following production methods (1) to (3) are mentioned:
(1) A light guide plate including injecting a polymerizable raw material into a polymerization cell (injection step), curing the polymerizable raw material (curing step), and peeling a resin base material from the polymerization cell (peeling step). Production method;
(2) A method for manufacturing a light guide plate including cutting and polishing a resin plate (cutting and polishing process); and (3) Injecting a resin material constituting a resin base using an injection molding mold A method of manufacturing a light guide plate including molding (injection molding process).
In the injection step of the manufacturing method (1), the polymerization cell has a thickness of the space of 0.05 mm or more and 4.0 mm or less and a thickness tolerance of the space of ±0.0001 mm or more and ±0.2 mm or less. It is preferable to use a cell, and it is more preferable to use a polymerization cell having a space portion thickness of 0.1 mm or more and 3.8 mm or less and a thickness tolerance of ±0.0001 mm or more and ±0.01 mm or less.
In the curing step, the polymerizable raw material can be cured by thermal polymerization, photopolymerization, or the like. In the case of thermal polymerization, polymerization is preferably carried out at 30° C. to 150° C. for 5 minutes to 120 minutes, more preferably 50° C. to 130° C. for 10 minutes to 60 minutes. In the case of photopolymerization, it is preferable to polymerize light with a wavelength of 200 nm or more and 500 nm or less at an irradiation intensity of 10 mWcm −2 or more and 1000 mWcm −2 or less for an irradiation time of 1 second or more and 100 seconds or less. , an irradiation intensity of 50 mWcm −2 or more and 500 mWcm −2 or less, and an irradiation time of 2 seconds or more and 20 seconds or less.
In the peeling step, after the curing step, it is preferable to cool the polymerization cell to room temperature before peeling.
In the cutting and polishing step of the manufacturing method (2), the resin plate used may be a commercially available product, but a continuous cast acrylic plate is particularly preferable. As a cutting method, NC processing, grindstone processing, lapping processing, and the like are preferable. As a polishing method, buffing, chemical polishing, electrolytic polishing, chemical mechanical polishing (CMP polishing) and the like are preferable. Among these, chemical mechanical polishing (CMP polishing) tends to be able to reduce the parallelism P and surface roughness of the resin base material in a shorter period of time, and is particularly preferred.
This chemical mechanical polishing is mechanical polishing (surface removal) due to relative motion between the abrasive and the object to be polished due to the surface chemical action of the abrasive (abrasive grain) and the action of the chemical components in the slurry containing it. It is a polishing method that increases the effect.
As chemical mechanical polishing, for example, a carrier having a resin plate attached thereto is sandwiched between upper and lower surface plates to which polishing pads are attached at a constant pressure, and the temperature of the upper and lower surface plates is controlled so as to be kept at 40° C. or less. Alternatively, a slurry liquid containing an abrasive is fed between the upper and lower surface plates and the carrier while the carrier rotates and revolves, and the upper and lower surface plates are rotated at a constant speed at the same time.
The conditions for this chemical mechanical polishing are not particularly limited and can be appropriately selected so as to obtain a resin base material having the above-mentioned parallelism P. As for the polishing pad and the slurry liquid, well-known ones can be appropriately selected and used.
In the injection molding step of the manufacturing method (3), in order to improve the transferability of the diffractive optical pattern optically designed on the mold, the cylinder temperature is high and the injection speed is high compared to the standard molding conditions for injection molding materials. , the mold temperature is preferably high. Also, in order to reduce the parallelism P, it is preferable to make the mold temperature distribution uniform. Furthermore, it is more preferable to carry out injection compression molding.

以下、本発明を実施例によってより具体的に説明する。しかし、本発明は後述する実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない限り、種々の変更が可能である。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to examples. However, the present invention is not limited to the embodiments described later, and various modifications are possible as long as the gist of the present invention is not changed.

<実施例1~3>
射出成形で製作するSRG導光板において、金型に湾曲を設定して湾曲した導光板を製造した。
湾曲の曲率半径を100mm、200mm、500mmとした。
<Examples 1 to 3>
In the SRG light guide plate manufactured by injection molding, a curved light guide plate was manufactured by setting a curve in the mold.
Curvature radii of curvature were set to 100 mm, 200 mm, and 500 mm.

<比較例1>
射出成形で製作するSRG導光板において、金型に湾曲を設定せずフラットな導光板を製造した。
<比較例2>
射出成形で製作するSRG導光板において、金型に曲率半径50mmの湾曲を設定して湾曲した導光板を製造した。
<Comparative Example 1>
In the SRG light guide plate manufactured by injection molding, a flat light guide plate was manufactured without setting a curve in the mold.
<Comparative Example 2>
In the SRG light guide plate manufactured by injection molding, a curved light guide plate was manufactured by setting a curve with a radius of curvature of 50 mm in the mold.

<評価方法>
以下に記載したとおり評価し、結果を表1に示した。
<Evaluation method>
It was evaluated as described below and the results are shown in Table 1.

(形状自由性)
○:湾曲した導光板を製造した場合
×:フラットな導光板を製造した場合
(shape freedom)
○: When manufacturing a curved light guide plate ×: When manufacturing a flat light guide plate

(平行度、リタデーション、光強度比)
上述した方法により評価した。
(parallelism, retardation, light intensity ratio)
It was evaluated by the method described above.

Figure 2023061044000001
Figure 2023061044000001

本発明のARディスプレイ用の導光板は、金型からの離型性と光学特性を両立し、鮮明な画像を表示できるので、例えば、ウェアラブルディスプレイ又はヘッドマウントディスプレイ等の表示装置用途に有用である。 The light guide plate for AR display of the present invention has both releasability from molds and optical properties, and can display clear images, so it is useful for display devices such as wearable displays and head-mounted displays. .

10…画像形成部、11…画像表示装置、12…投射光学系、20…導光板、20a…画像光入射面、20b…画像光出射面、30a…入射光側レリーフ型回折素子、30b…出射光側レリーフ型回折素子、30c…樹脂基材、200…表面、201…第1のパネル面、202…第2のパネル面、203…裏面、EY…観察者の眼、L1,L2,L3,L4…光 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Image formation part 11... Image display apparatus 12... Projection optical system 20... Light guide plate 20a... Image light entrance surface 20b... Image light exit surface 30a... Incident light side relief type diffraction element 30b... Output Illumination-side relief-type diffraction element 30c Resin base material 200 Front surface 201 First panel surface 202 Second panel surface 203 Back surface EY Observer's eye L1, L2, L3, L4... light

Claims (10)

光透過性の樹脂材料によって形成されたARディスプレイ用の導光板であって、
前記導光板の表面の画像光入射面及び画像光出射面に、回折光学パターンが設計されたレリーフ型回折素子を有し、
板幅方向の湾曲が、曲率半径が100mm以上の円弧又は自由曲面であり、前記導光板の板幅方向の第1の方向及び前記第1の方向と直交する第2の方向のいずれか一方又は両方に付与されており、
平行度が0.5~50μmであり、
リタデーションが1~200nmであり、
平板形状導光板との光強度比が90%以上であることを特徴とする、導光板。
A light guide plate for an AR display made of a light-transmitting resin material,
a relief-type diffraction element having a diffractive optical pattern designed on the image light incident surface and the image light exit surface of the surface of the light guide plate;
The curvature in the plate width direction is a circular arc or a free-form surface with a radius of curvature of 100 mm or more, and either a first direction in the plate width direction of the light guide plate or a second direction orthogonal to the first direction, or granted to both
Parallelism is 0.5 to 50 μm,
Retardation is 1 to 200 nm,
A light guide plate having a light intensity ratio of 90% or more with respect to a flat light guide plate.
前記画像光入射面の回折光学パターンの線幅が100~300nmであり、高さが30~150nmであり、前記高さと前記線幅の比の値(高さ/線幅)が0.1~1.5である、請求項1に記載の導光板。 The diffraction optical pattern on the image light incident surface has a line width of 100 to 300 nm, a height of 30 to 150 nm, and a ratio of the height to the line width (height/line width) of 0.1 to 0.1. 1. The light guide plate of claim 1, wherein the ratio is 1.5. 前記画像光出射面の回折光学パターンの線幅が50~250nmであり、高さが30~150nmであり、前記高さと前記線幅の比の値(高さ/線幅)が0.12~3.0である、請求項1又は2に記載の導光板。 The diffraction optical pattern on the image light exit surface has a line width of 50 to 250 nm, a height of 30 to 150 nm, and a ratio of the height to the line width (height/line width) of 0.12 to 0.12. 3. The light guide plate according to claim 1 or 2, which is 3.0. 前記光透過性の樹脂材料のガラス転移温度が50~200℃である、請求項1~3のいずれか1項に記載の導光板。 The light guide plate according to any one of claims 1 to 3, wherein the light-transmitting resin material has a glass transition temperature of 50 to 200°C. 前記光透過性の樹脂材料の吸湿率が0.01~1.0質量%であり、吸湿による寸法変化率が0.01~1.0%である、請求項1~4のいずれか1項に記載の導光板。 5. The light-transmissive resin material has a moisture absorption rate of 0.01 to 1.0% by mass, and a dimensional change rate due to moisture absorption of 0.01 to 1.0%, according to any one of claims 1 to 4. The light guide plate described in . 前記光透過性の樹脂材料の熱収縮率が3.0%以下である、請求項1~5のいずれか1項に記載の導光板。 The light guide plate according to any one of claims 1 to 5, wherein the light-transmitting resin material has a heat shrinkage rate of 3.0% or less. 前記光透過性の樹脂材料の光線透過率が85~100%であり、黄色度が5以下であり、黄変度が5以下である、請求項1~6のいずれか1項に記載の導光板。 The light transmitting resin material according to any one of claims 1 to 6, wherein the light transmittance is 85 to 100%, the yellowness is 5 or less, and the yellowing degree is 5 or less. light plate. 前記光透過性の樹脂材料の屈折率が1.2~2.0である、請求項1~7のいずれか1項に記載の導光板。 The light guide plate according to any one of claims 1 to 7, wherein the light-transmitting resin material has a refractive index of 1.2 to 2.0. 前記光透過性の樹脂材料のシャルピー衝撃強度が0.5~15kJ/mである、請求項1~8のいずれか1項に記載の導光板。 9. The light guide plate according to claim 1, wherein the light-transmitting resin material has a Charpy impact strength of 0.5 to 15 kJ/m 2 . 前記光透過性の樹脂材料の比重が1.0~1.5g/cmである、請求項1~9のいずれか1項に記載の導光板。 The light guide plate according to any one of claims 1 to 9, wherein the light-transmitting resin material has a specific gravity of 1.0 to 1.5 g/ cm3 .
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