JP2023125535A - 導光板及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フレネル反射による損失の抑制により画質を向上させること。【解決手段】入射される光を導光板内部に回折する入射回折格子と、前記入射回折格子が前記導光板内部に回折した前記光を内部全反射して導光する基板と、入射される前記光を透過若しくは反射又はその両方を行う機能部と、を少なくとも備えており、前記基板の屈折率をｎｂとするとき、導光する画角エリアの略中心における前記機能部の０次透過光の透過率Ｔ０が、次の式（１）を満たす、導光板を提供する。Ｔ０＞１－（ｎｂ－１）２／（ｎｂ＋１）２・・・（１）【選択図】図２

Description

本技術は、導光板及び画像表示装置に関する。

従来、拡張現実（ＡＲ：Augmented Reality）、仮想現実（ＶＲ：Virtual Reality）、及び複合現実（ＭＲ：Mixed Reality）などを含むエクステンデッド・リアリティ（ＸＲ：Extended Reality）を実現するために、画像光を観察者の瞳に投射する導光板が開発されている。

近年、導光板の開発において広画角化が進んでいる。導光板材料の屈折率を高くすることが広画角化につながることが知られている。そのため、高屈折率の材料の利用が大きな流れとなっている。

一方、屈折率を高くすることで、導光板の界面においてフレネル反射が生じることにより、画質が低下することが問題となっている。例えば特許文献１～３では、画質の低下を抑制する導光板に関する技術が開示されている。

米国特許出願公開第２０１９／０２２７３２１号明細書 米国特許出願公開第２００８／０１９３０８０号明細書 米国特許出願公開第２０２１／００９６３７９号明細書

しかし、特許文献１～３において開示されている技術には、フレネル反射による損失の抑制について改善の余地がある。

そこで、本技術は、フレネル反射による損失の抑制により画質を向上させる導光板及び画像表示装置を提供することを主目的とする。

本技術は、入射される光を導光板内部に回折する入射回折格子と、前記入射回折格子が前記導光板内部に回折した前記光を内部全反射して導光する基板と、入射される前記光を透過若しくは反射又はその両方を行う機能部と、を少なくとも備えており、前記基板の屈折率をｎ_ｂとするとき、導光する画角エリアの略中心における前記機能部の０次透過光の透過率Ｔ０が、次の式（２）を満たす、導光板を提供する。
Ｔ０＞１－（ｎ_ｂ－１）^２／（ｎ_ｂ＋１）^２ ・・・（２）
前記入射回折格子が前記導光板内に回折した光束の、前記入射回折格子に対して平行な断面の面積と、前記機能部に当たる前記光束の断面の面積と、の比率をＳ１とするとき、前記機能部の０次反射光の反射率Ｒ０が、次の式（３）を満たしてよい。
Ｔ０×（１－Ｓ１）＋Ｔ０×Ｓ１×Ｒ０＞１－（ｎ_ｂ－１）^２／（ｎ_ｂ＋１）^２ ・・・（３）
前記基板が導光した前記光を回折して観察者の瞳に出射する出射回折格子、若しくは、前記入射回折格子から前記導光板内に入射された光の軸に対して、正面視において直交する方向に回折することより広げる拡張回折格子、又はその両方をさらに備えていてよい。
前記入射回折格子が有する格子ベクトルと、前記出射回折格子若しくは前記拡張回折格子又はその両方が有する基本格子ベクトルの和が０になっていてよい。
前記出射回折格子が、和が０になっている格子ベクトルからなる多角形の頂点同士を結び、光を戻す機能を有する格子ベクトルを有してよい。
前記機能部が有する格子ベクトルの大きさが、前記入射回折格子が有する格子ベクトルの大きさの２以上の略整数倍であり、前記機能部が有する格子ベクトルの方向が、前記入射回折格子が有する格子ベクトルと略平行であってよい。
前記機能部が有する格子ベクトルの大きさが、前記出射回折格子が有する格子ベクトルの大きさの２以上の略整数倍であり、前記機能部が有する格子ベクトルの方向が、前記出射回折格子が有する格子ベクトルと略平行であってよい。
前記機能部が有する格子ベクトルの大きさが、前記光を戻す機能を有する格子ベクトルの大きさと略同一であり、前記機能部が有する格子ベクトルの方向が、前記光を戻す機能を有する格子ベクトルと略平行であってよい。
波数空間座標において、前記導光板に入射される光の波数ベクトルをｋ_λ、前記入射回折格子が有する格子ベクトルをｋ_ＩＮ、前記入射回折格子及び前記機能部を除く任意の回折格子が有する格子ベクトルをｋ_ｇ、前記機能部が有する格子ベクトルをｋ_Ｆ、 前記入射回折格子及び前記機能部が有する格子ベクトルを除く、光線経路Ｐ（Ｐは空集合を含む）で決まる格子ベクトルの総和をΣ_ｇ∈Ｐｋ_ｇ、原点と、前記導光板の導光領域とエバネッセント領域との境界と、を結ぶ波数ベクトルをｋ_Ｗとするとき、すべての光路に対して次の式（１）を満たしてよい。
前記機能部が有する面のうち、前記光が入射される面若しくは前記光が出射される面又はその両方が、回折格子の高さが２０ｎｍ以下の略平面となっており、前記機能部の屈折率が、前記基板の屈折率より０．１以上低く、前記機能部が有する回折格子と前記基板との間に形成されている残膜の厚さである残膜厚が、２０ｎｍ以上であってよい。
前記残膜厚が、４０ｎｍ以上であってよい。
前記機能部の屈折率が、側面視において前記基板からの距離が長くなるほど低くなっていてよい。
前記機能部の屈折率が、前記基板の屈折率より０．１以上高く、前記機能部が有する回折格子と前記基板との間に形成されている残膜の厚さである残膜厚が、２０ｎｍ未満であってよい。
次の式（４）を満たす範囲において、前記機能部が有する格子ベクトルの回折効率が５％以下であってよい。
側面視において、前記機能部が有する回折格子の断面形状が、前記光が入射角０度で入射される方向に直交する方向に非対称であってよい。
前記機能部が、前記入射回折格子に入射される前記光の直進する光路上に備えられていてよい。
前記機能部が、前記出射回折格子が出射する前記光の直進する光路上に備えられていてよい。
前記機能部が、前記入射回折格子に入射される前記光の直進する光路上、及び、前記出射回折格子が出射する前記光の直進する光路上に備えられていてよい。
また、本技術は、前記導光板と、前記導光板に画像光を出射する画像形成部と、を備えている、画像表示装置を提供する。

本技術によれば、製造工程を大幅に増やすことなく、フレネル反射による損失の抑制により画質を向上させる導光板及び画像表示装置を提供できる。なお、ここに記載された効果は、必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。

本技術の一実施形態に係る導光板１の構成例を示す簡略正面図である。 本技術の一実施形態に係る導光板１の構成例を示す簡略側面図である。 本技術の一実施形態に係る格子ベクトルの設計例を示す波数空間座標である。 本技術の一実施形態に係る格子ベクトルの設計例を示す波数空間座標である。 本技術の一実施形態に係る格子ベクトルの設計例を示す波数空間座標である。 本技術の一実施形態に係る格子ベクトルの設計例を示す波数空間座標である。 本技術の一実施形態に係る格子ベクトルの設計例を示す波数空間座標である。 本技術の一実施形態に係る比率Ｓ１についての説明図である。 図９Ａは、本技術の一実施形態に係る導光板１の構成例を示す簡略側面図である。図９Ｂは、本技術の一実施形態に係る機能部６の透過率の設計例を示すグラフである。図９Ｃは、本技術の一実施形態に係る機能部６の反射率の設計例を示すグラフである。 本技術の一実施形態の比較例に係る導光板表面における透過率の例を示すグラフである。 本技術の一実施形態に係る格子ベクトルの設計例を示す波数空間座標である。 本技術の一実施形態に係る格子ベクトルの設計例を示す波数空間座標である。 本技術の一実施形態に係る格子ベクトルの設計例を示す波数空間座標である。 本技術の一実施形態に係る導光板１の構成例を示す簡略側面図である。 本技術の一実施形態に係る機能部６が有する回折格子の構成例を示す簡略断面図である。 本技術の一実施形態に係る導光板１の構成例を示す簡略側面図である。 本技術の一実施形態に係る機能部６のシミュレーション結果を示すグラフである。 本技術の一実施形態に係る導光板１の構成例を示す簡略側面図である。 図１９Ａは、本技術の一実施形態に係る機能部６の透過率の設計例を示すグラフである。図１９Ｂは、本技術の一実施形態に係る機能部６の反射率の設計例を示すグラフである。 本技術の一実施形態に係る導光板１の構成例を示す簡略正面図である。 本技術の一実施形態に係る導光板１の構成例を示す簡略側面断面図である。 本技術の一実施形態に係る導光板１の構成例を示す簡略側面断面図である。

以下、本技術を実施するための好適な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本技術の範囲が限定されることはない。また、本技術は、下記の実施例及びその変形例のいずれかを組み合わせることができる。

以下の実施形態の説明において、略平行、略直交のような「略」を伴った用語で構成を説明することがある。例えば、略平行とは、完全に平行であることを意味するだけでなく、実質的に平行である、すなわち、完全に平行な状態から例えば数％程度ずれた状態を含むことも意味する。他の「略」を伴った用語についても同様である。また、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。

特に断りがない限り、図面において、「上」とは図中の上方向又は上側を意味し、「下」とは、図中の下方向又は下側を意味し、「左」とは図中の左方向又は左側を意味し、「右」とは図中の右方向又は右側を意味する。また、図面については、同一又は同等の要素又は部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施形態（導光板の例１）
（１）従来技術
（２）本実施形態の構成
（３）機能部の効果
（４）機能部の透過率及び反射率
２．第２の実施形態（導光板の例２）
３．第３の実施形態（導光板の例３）
４．第４の実施形態（導光板の例４）
５．第５の実施形態（導光板の例５）
６．第６の実施形態（導光板の例６）
７．第７の実施形態（導光板の例７）
８．第８の実施形態（導光板の例８）
９．第９の実施形態（導光板の例９）
１０．第１０の実施形態（画像表示装置の例）

［１．第１の実施形態（導光板の例１）］
［（１）従来技術］
従来、フレネル反射による損失を抑制するために、ＡＲコーティング（Anti-Reflection Coating）と呼ばれる反射防止膜が一般的に用いられている。

例えば特許文献１（米国特許出願公開第２０１９／０２２７３２１号明細書）では、光を出射する回折格子に体積位相ホログラフィック回折格子（ＶＰＨＧ：Volume Phase Holographic Grating）を用いて傾斜を構成することにより、導光板の外からの光によるレインボー効果を抑制している。しかし、この回折格子がない出射平面でのフレネル反射により不要な戻り光が生じて、依然としてレインボーが見える。そのため、この特許文献１では、導光板の表面に反射防止膜を形成することで、フレネル反射を抑制することが提案されている。

しかし、導光板の製造において、一般的な反射防止膜においては、反射防止膜を形成する工程が必要となり、製造プロセスが煩雑になるという問題がある。また、モスアイ構造の反射防止膜も提案されているが、原版の作成が導光板とは別プロセスを必要とするため、コストアップにつながるという問題がある。

特許文献２（米国特許出願公開第２００８／０１９３０８０号明細書）では、光ファイバーの表面に１次回折よりも小さいサブピッチ構造を設けることで、表面でのフレネル反射による損失を抑制することが提案されている。

しかし、光ファイバーで伝送される波長は１μｍ以上の近赤外光であり、必要とするピッチが大きい。そのため、本技術にそのまま適用することは難しい。また、この特許文献２で提案されている方式は光ファイバーに特化しており、一定のピッチではなくピッチを変化させることにより、屈折率を変化させることを特徴としている。また、１次回折が起こらない格子条件のみであるため、この技術を本技術にそのまま適用すると、導光板内に存在する戻り光に対して不要な回折光が生じてしまい、ゴーストが生じる。また、導光板への光の取り込み面積に対する導光板の厚さは、光ファイバーの厚さよりも非常に小さい。そのため、導光板に入射される光の透過率を高くしても、導光板に入射された光が再度その小さなピッチ構造に当たることにより再回折が生じることが問題となる。

特許文献３（米国特許出願公開第２０２１／００９６３７９号明細書）では、回折格子のピッチ構造の隙間に直交する方向に小さなピッチ構造を設けることにより、フレネル反射による損失を抑制することが提案されている。

しかし、回折格子上に小さなピッチをさらに設けている構造であるため、金型の製造プロセスが煩雑になるという問題が生じる。また、回折格子は、既にフレネル反射による損失を抑制するように設計可能である。そのため、本技術では回折格子上でのフレネル反射による損失は問題としていない。回折格子が配されていない平面から光が入射又は出射される場合に、フレネル反射が問題となる。本技術は、この問題を解決できる。さらに、本技術は、導光板に入射された光が再回折されることも抑制できる。

発明者は、鋭意研究の末、導光板の製造において一般的に用いられている範囲のピッチ、アスペクト比、及び材料を用いて、フレネル反射による損失を抑制する新規な導光板の構成を開発することに成功した。本技術によれば、製造コストを抑制し、ゴーストの発生による画質の劣化を抑制し、光の利用効率を向上させることができる。このことが、モジュールとしての消費電力の削減や、輝度の向上につながる。

［（２）本実施形態の構成］
本技術は、入射される光を導光板内部に回折する入射回折格子と、前記入射回折格子が前記導光板内部に回折した前記光を内部全反射して導光する基板と、入射される前記光を透過若しくは反射又はその両方を行う機能部と、を少なくとも備えており、前記機能部が有する格子ベクトルの大きさが、前記入射回折格子が有する格子ベクトルの大きさの２以上の略整数倍であり、前記機能部が有する格子ベクトルの方向が、前記入射回折格子が有する格子ベクトルの方向と略同一である、導光板を提供する。

本技術の一実施形態に係る導光板の構成例について図１を参照しつつ説明する。図１は、本技術の一実施形態に係る導光板１の構成例を示す簡略正面図である。

図１に示されるとおり、導光板１は、入射回折格子２と、基板３と、機能部（図示省略）と、を少なくとも備えている。導光板１は、さらに出射回折格子４を備えている。

入射回折格子２、出射回折格子４、及び機能部として、例えば表面レリーフ型回折格子（ＳＲＧ：Surface Relief Grating）又は体積位相ホログラフィック回折格子（ＶＰＨＧ：Volume Phase Holographic Grating）などが用いられることができる。体積位相ホログラフィック回折格子が用いられる場合は、複数の回折格子が同一面に形成されてもよいし、複数の回折格子が積層されて構成されてもよい。以下では、入射回折格子２、出射回折格子４、及び機能部６の一例として表面レリーフ型回折格子を用いて説明する。

本技術の一実施形態に係る導光板の構成例について図２を参照しつつ説明する。図２は、本技術の一実施形態に係る導光板１の構成例を示す簡略側面図である。

図２に示されるとおり、導光板１は、入射回折格子２と、基板３と、機能部６と、を少なくとも備えている。導光板１は、さらに出射回折格子４を備えていてよい。

入射回折格子２は、画像光を形成する画像形成部９から入射される各画角の光に対して略平行光を導光板内部に回折する。基板３は、入射回折格子２が導光板１内部に回折した光を内部全反射して導光する。出射回折格子４は、基板３が導光した前記光を回折して観察者の瞳に出射する。これにより、画像形成部からの各像高の光が観察者の瞳に出射される。その結果、観察者は、画像形成部が生成した画像を虚像として視認できる。

入射回折格子２及び出射回折格子４のそれぞれが有する格子ベクトルの設計例について図３を参照しつつ説明する。図３は、本技術の一実施形態に係る格子ベクトルの設計例を示す波数空間座標である。図３に示されるとおり、格子ベクトルＩＮ，Ｏ１，Ｏ２と、画角エリアＡと、が示されている。

格子ベクトルＩＮは、入射される光を導光板１の内部に取り込むための入射回折格子２が有する格子ベクトルを示している。格子ベクトルＯ１，Ｏ２は、導光板１の内部に取り込まれた光を外側（入射回折格子から導光板の内部に入射された光の軸に対して、正面視において直交する方向）に広げたり、観察者の瞳に出射したりするための出射回折格子４が有する基本格子ベクトルを示している。

この設計例では、格子ベクトルＩＮ，Ｏ１，Ｏ２は略二等辺三角形を構成している。入射回折格子２が有する格子ベクトルＩＮと、出射回折格子４が有する基本格子ベクトルＯ１及び基本格子ベクトルＯ２の和が０となっている。これにより、画質の劣化を抑制できる。差分が大きくなるほど画質が劣化する。また、基本格子ベクトルＯ１，Ｏ２は、基板３の表裏に存在する。

［（３）機能部の効果］
機能部６は、導光板１に入射される光を透過若しくは反射又はその両方を行う。反射には、正反射及び反射回折が含まれる。導光板１に入射される光を機能部６が透過することにより、フレネル反射による損失を抑制できる。機能部６が有する格子ベクトルの大きさは、入射回折格子２が有する格子ベクトルの大きさの２以上の略整数倍となっていることが好ましい。これにより、機能部６はゴーストや解像度の低下などを抑制できる。

機能部６が有する回折格子の設計例について図４を参照しつつ説明する。図４は、本技術の一実施形態に係る格子ベクトルの設計例を示す波数空間座標である。図４に示されるとおり、格子ベクトルＩＮ，Ｅ１，Ｅ２，Ｏ１，Ｏ２，Ｆと、画角エリアＡと、が示されている。

格子ベクトルＩＮは、入射回折格子２が有する格子ベクトルを示している。格子ベクトルＥ１，Ｅ２は、出射回折格子４が有する格子ベクトルのうち、導光板１の正面視において光を外側（入射回折格子から導光板の内部に入射された光の軸に対して、正面視において直交する方向）に広げて回折する格子ベクトルを示している。格子ベクトルＯ１，Ｏ２は、出射回折格子４が有する格子ベクトルのうち、観察者の瞳に出射する基本格子ベクトルを示している。格子ベクトルＦは、機能部６が有する格子ベクトルである。格子ベクトルＥ１，Ｅ２及び基本格子ベクトルＯ１，Ｏ２のそれぞれは、基板３の表裏に存在する。

ｋ_ａｉｒからｋ_ｗまでの範囲が、導光板１の導光領域である。この導光領域において、光が導光されることができる。原点と、導光板１の導光領域とエバネッセント領域との境界と、を結ぶ波数ベクトルをｋ_ｗとする。

格子ベクトルの終点がエバネッセント領域に存在するとき、ゴーストや解像度の低下などを抑制できる。このことについて図５を参照しつつ説明する。図５は、本技術の一実施形態に係る格子ベクトルの設計例を示す波数空間座標である。図５に示されるとおり、格子ベクトルＩＮ，Ｅ１，Ｅ２，Ｏ１，Ｏ２，Ｆと、画角エリアＡと、が示されている。

格子ベクトルＩＮは、入射回折格子２が有する格子ベクトルを示している。格子ベクトルＥ１，Ｅ２は、出射回折格子４が有する格子ベクトルのうち、導光板１の正面視において光を外側（入射回折格子から導光板の内部に入射された光の軸に対して、正面視において直交する方向）に広げて回折する格子ベクトルを示している。格子ベクトルＯ１，Ｏ２は、出射回折格子４が有する格子ベクトルのうち、観察者の瞳に出射する基本格子ベクトルを示している。格子ベクトルＦは、機能部６が有する格子ベクトルである。格子ベクトルＥ１，Ｅ２及び基本格子ベクトルＯ１，Ｏ２のそれぞれは、基板３の表裏に存在する。

図５Ａに示されるとおり、格子ベクトルＩＮ，Ｅ１，Ｅ２，Ｏ１，Ｏ２において、導光板１内で存在し得る画角エリアＡが示されている。

図５Ｂに示されるとおり、機能部６が有する格子ベクトルＦの大きさが、格子ベクトルＩＮの大きさの２以上の略整数倍であるとき、格子ベクトルＦで再度回折されても、必ず導光板１内に存在する光線角度になる。角度ずれを抑制できるため、ゴーストなどの画質の劣化を抑制できる。

図５Ｃに示されるとおり、機能部６が有する格子ベクトルＦの大きさが、格子ベクトルＥ１，Ｅ２のそれぞれの大きさの２以上の略整数倍であるとき、格子ベクトルＦで再度回折されても、必ず導光板１内に存在する光線角度になる。角度ずれを抑制できるため、ゴーストなどの画質の劣化を抑制できる。

したがって、図４Ａに示されるとおり、機能部６が有する格子ベクトルＦの大きさが、入射回折格子２が有する格子ベクトルＩＮの大きさの２以上の略整数倍となっていることが好ましい。この設計例では、格子ベクトルＦの大きさが、格子ベクトルＩＮの大きさの２以上の略整数倍となっているが、略３倍以上であってもよい。

なお、格子ベクトルＦの方向は、格子ベクトルＩＮの方向と略同一となっているが、略反対であってもよい。

例えば図４Ｂに示されるとおり、機能部６が有する格子ベクトルＦの大きさが、出射回折格子４が有する格子ベクトルのうち瞳に出射する格子ベクトルＯ１の大きさの２以上の略整数倍であってもよい。

なお、格子ベクトルＦの方向は、格子ベクトルＯ１の方向と略同一となっているが、略反対であってもよい。

あるいは、図４Ｃに示されるとおり、機能部６が有する格子ベクトルＦの大きさが、出射回折格子４が有する格子ベクトルのうち導光板１の正面視において光を外側（入射回折格子から導光板の内部に入射された光の軸に対して、正面視において直交する方向）に広げて回折する格子ベクトルＥ１の大きさの２以上の略整数倍であってもよい。

なお、格子ベクトルＦの方向は、格子ベクトルＥ１の方向と略同一となっているが、略反対であってもよい。

フレネル反射による損失を抑制するためには、導光板１に入射される光の波数ベクトルと、入射回折格子２が有する格子ベクトルと、出射回折格子４が有する格子ベクトルと、機能部６が有する格子ベクトルと、を足し合わせたベクトルの終点が、エバネッセント領域に存在していればよい。つまり、波数空間座標において、導光板１に入射される光の波数ベクトルをｋ_λ、入射回折格子２が有する格子ベクトルをｋ_ＩＮ、出射回折格子４が有する格子ベクトルをｋ_ｇ、機能部６が有する格子ベクトルをｋ_Ｆ、入射回折格子２及び機能部６が有する格子ベクトルを除く、光線経路Ｐ（Ｐは空集合を含む）で決まる格子ベクトルの総和をΣ_ｇ∈Ｐｋ_ｇ、原点と、前記導光板の導光領域とエバネッセント領域との境界と、を結ぶベクトルをｋ_Ｗとするとき、次の式（１）を満たすことが好ましい。

式（１）に示されているΣｋ_ｇは、同じ格子ベクトルで複数回回折されることも含んでおり、光路としてとりえる格子ベクトルの組み合わせを含む。式（１）を満たすことができれば、その足し合わせたベクトルの終点が、エバネッセント領域に存在することになる。このことについて図６を参照しつつ説明する。図６は、本技術の一実施形態に係る格子ベクトルの設計例を示す波数空間座標である。図６に示されるとおり、格子ベクトルＩＮ，Ｅ１，Ｅ２，Ｏ１，Ｏ２，Ｆ１～６と、画角エリアＡと、が示されている。

格子ベクトルＩＮは、入射回折格子２が有する格子ベクトルを示している。格子ベクトルＥ１，Ｅ２は、出射回折格子４が有する格子ベクトルのうち、導光板１の正面視において光を外側（入射回折格子から導光板の内部に入射された光の軸に対して、正面視において直交する方向）に広げて回折する格子ベクトルを示している。格子ベクトルＯ１，Ｏ２は、出射回折格子４が有する格子ベクトルのうち、観察者の瞳に出射する基本格子ベクトルを示している。格子ベクトルＦ１～６は、機能部６が有する格子ベクトルである。格子ベクトルＥ１，Ｅ２及び基本格子ベクトルＯ１，Ｏ２のそれぞれは、基板３の表裏に存在する。

図６Ａ及び図６Ｂに示されるとおり、導光板１に入射される光の波数ベクトルと、出射回折格子４が有する格子ベクトルと、機能部６が有する格子ベクトルと、その他の任意の回折格子が有する格子ベクトルの全ての組み合わせと、を足し合わせたベクトルの終点が、エバネッセント領域に存在していることが好ましい。

画像形成部から入射される光は様々な波長を有することができる。導光板に入射し導光する全ての波長と角度の光に対して、入射回折格子２、機能部６、及びその光路の組み合わせとなる回折格子が有する全ての格子ベクトルが足し合わされたベクトルの終点がエバネッセント領域に存在するように、機能部６が設計されることが好ましい。

足し合わせたベクトルの終点により構成される画角エリアＡがエバネッセント領域に存在することにより、ゴーストや多重像などの発生を抑制でき、画質の劣化を抑制できる。

上記の式（１）を満たすことができれば、機能部６が有する格子ベクトルの大きさは、入射回折格子２又は出射回折格子４が有する格子ベクトルの略整数倍でなくてもよい。機能部６が有する回折格子のピッチを小さくすることで、これが実現できる。

例えば、波長５００ｎｍから５６０ｎｍの分布を持つ光源においては、短波長側の５００ｎｍについて特に考慮する必要がある。基板３の屈折率が２．０であり、画角範囲が５０°×５０°の画像の場合、機能部６が有する回折格子のピッチは１００ｎｍ程度となりうる。

機能部６が有する格子ベクトルの大きさを、入射回折格子２又は出射回折格子４が有する格子ベクトルの２以上の略整数倍にすることにより、どの画角エリアに対しても、機能部６に当たった光が導光板１内の別の画角エリアに到達しない。これにより、ゴーストの発生による画質の劣化を抑制し、光の利用効率を向上させることができる。

ここで、格子ベクトルＦの大きさが、格子ベクトルＩＮの大きさの２以上の略整数倍となっていない導光板１の設計例について図７を参照しつつ説明する。図７は、本技術の一実施形態に係る格子ベクトルの設計例を示す波数空間座標である。図７に示されるとおり、格子ベクトルＩＮ，Ｅ１，Ｅ２，Ｏ１，Ｏ２，Ｆと、画角エリアＡ，Ｂと、が示されている。

格子ベクトルＩＮは、入射回折格子２が有する格子ベクトルを示している。格子ベクトルＥ１，Ｅ２は、出射回折格子４が有する格子ベクトルのうち、導光板１の正面視において光を外側（入射回折格子から導光板の内部に入射された光の軸に対して、正面視において直交する方向）に広げて回折する格子ベクトルを示している。格子ベクトルＯ１，Ｏ２は、出射回折格子４が有する格子ベクトルのうち、観察者の瞳に出射する基本格子ベクトルを示している。格子ベクトルＦは、機能部６が有する格子ベクトルである。格子ベクトルＥ１，Ｅ２及び基本格子ベクトルＯ１，Ｏ２のそれぞれは、基板３の表裏に存在する。

図７Ａに示されるとおり、格子ベクトルＩＮ，Ｅ１，Ｅ２，Ｏ１，Ｏ２によって導光板１内で存在し得る画角エリアＡが示されている。

図７Ｂに示される設計例では、格子ベクトルＦの大きさが、格子ベクトルＩＮの大きさの２以上の略整数倍となっている。そのため、画角エリアＡが格子ベクトルＦにより回折されても、画角エリアＢに重なる。

一方、図７Ｃに示される設計例では、格子ベクトルＦの大きさが、格子ベクトルＩＮの大きさの２以上の略整数倍となっていない。そのため、画角エリアＡが格子ベクトルＦにより回折されると、画角エリアＢに重ならず、画角エリアＢ１にずれてしまう。これにより、像が多重に見えるゴーストが生じたり、ベクトルの和が０になっていないことにより画質が劣化したりする問題が生じる。

［（４）機能部の透過率及び反射率］
フレネル反射による損失を抑制するために、機能部６は、画像形成部から導光板１に入射される０次透過光の透過率が高いことが好ましい。特には、基板３の屈折率をｎ_ｂとするとき、導光する画角エリアの略中心における機能部６の０次透過光の透過率Ｔ０が、次の式（２）を満たすことが好ましい。

Ｔ０＞１－（ｎ_ｂ－１）^２／（ｎ_ｂ＋１）^２ ・・・（２）

具体的には、例えば基板３の屈折率が約２．０以上であるとき、０次透過光の透過率が９０％以上であることが好ましい。基板３の屈折率が約１．５以上であるとき、０次透過光の透過率が９８％以上であることが好ましい。基板３の屈折率によって好ましい閾値が変わる。

さらに、機能部６は、導光板１の内部から導光する角度で入射される０次反射光の反射率が高いことが好ましい。特には、入射回折格子２が導光板１内に回折した光束の、入射回折格子２に対して平行な断面の面積と、機能部６に当たる前記光束の断面の面積と、の比率をＳ１とするとき、機能部６の０次反射光の反射率Ｒ０が、次の式（３）を満たすことが好ましい。

Ｔ０×（１－Ｓ１）＋Ｔ０×Ｓ１×Ｒ０＞１－（ｎ_ｂ－１）^２／（ｎ_ｂ＋１）^２ ・・・（３）

なお、比率Ｓ１については、図８に示す。図８は、本技術の一実施形態に係る比率Ｓ１についての説明図である。図８Ａは、本技術の一実施形態に係る導光板１の構成例を示す簡略正面図である。図８Ｂは、図８Ａに示される導光板１の構成例を示す簡略側面図である。図８Ｃは、図８Ａとは異なる導光板１の構成例を示す簡略正面図である。図８Ｄは、図８Ｃに示される導光板１の構成例を示す簡略側面図である。図８Ｂ及び図８Ｄに示されるとおり、入射回折格子２が導光板１内に回折した光束の、入射回折格子２に対して平行な断面の面積と、機能部６に当たる前記光束の断面の面積と、の比率をＳ１と定義している。

具体的には、導光する角度における０次反射光の反射率Ｒ０は、０次透過光の透過率Ｔ０と、導光する光束の基板３表面と平行な面での断面に対する機能部６に当たる面積で決まる。

このことについて図９を参照しつつ説明する。図９Ａは、本技術の一実施形態に係る導光板１の構成例を示す簡略側面図である。図９Ａに示されるとおり、機能部６は、画像形成部（図示省略）から導光板１に入射される光を透過する。このとき、０次透過光の透過率が高いことが好ましい。さらに、機能部６は、導光する角度へ入射回折格子２により回折された光が、導光の過程で再度機能部６に当たることがある。この０次反射光の反射率が高いことが好ましい。この透過率及び反射率が高いことにより、損失を抑制できる。

図９Ｂは、本技術の一実施形態に係る機能部６の透過率の設計例を示すグラフである。図９Ｂの左側のグラフにおいて、横軸は、画像形成部から機能部６への光の入射角を示し、縦軸は機能部６が有する回折格子の高さを示している。図９Ｂの右側の目盛りは、透過率の参照値を示している。図９Ｂの左側のグラフにおける色の濃さと、図９Ｂの右側の目盛りにおける色の濃さが対応している。図９Ｂでは、光の入射角や回折格子の高さによらず、全体的に９８％以上の高い０次透過光の透過率であることが示されている。

図９Ｃは、本技術の一実施形態に係る機能部６の反射率の設計例を示すグラフである。図９Ｃの左側のグラフにおいて、横軸は入射回折格子２から機能部６への光の入射角を示し、縦軸は機能部６が有する回折格子の高さを示している。図９Ｃの右側の目盛りは、反射率の参照値を示している。図９Ｃの左側のグラフにおける色の濃さと、図９Ｃの右側の目盛りにおける色の濃さが対応している。図９Ｃでは、光の入射角に対して回折格子の高さを変えた場合に、導光する光が機能部６に当たったときの０次反射光の反射率が示されている。回折格子の高さの設計により、９２％からほぼ１００％の値まで変化しえることが示されている。

図９Ｂ及び図９Ｃに示されるとおり、この設計例では、回折格子の高さが略５０ｎｍ以上、略９０ｎｍ以下であるとき、０次透過光の透過率が高く、かつ導光する光の０次反射光の反射率がともに高くなっている。図９Ｂ及び図９Ｃのそれぞれに示されている横ラインは、透過率及び反射率が９９％であることを示している。したがって、導光してこの機能部６に再度当たる面積が、光束面積の３０％であるとき、上記の式（３）に示されるとおり、この設計例では、損失は１－０．９９×（１－０．３）＋０．９９×０．３×０．９９×１００≒１．３％となる。

なお、基板３の屈折率は２．０とし、機能部６の屈折率は１．７とした。光の波長や、基板３及び機能部６の屈折率などに応じて、設計値は異なる。

一方、本技術に係る機能部６を用いない従来の導光板表面における透過率の例について図１０を参照しつつ説明する。図１０は、本技術の一実施形態の比較例に係る導光板表面における透過率の例を示すグラフである。図１０において、横軸は導光板への光の入射角を示し、縦軸は透過率を示している。図１０に示されるとおり、透過率は８９％となっている。つまり、損失は１００－８９＝１１％となる。

以上から、本技術によれば、損失が１１％から１％に抑制できることが確認できた。

透過率及び反射率を高くする手段は特に限られない。例えば、所定の屈折率を有する樹脂や金属などにより機能部６をコーティングしてもよい。または、機能部６が有する回折格子の高さを調整してもよい。あるいは、機能部６が有する回折格子と基板３との間に形成される残膜の厚さを調整してもよい。

なお、機能部６が１方向の格子ベクトルを有する構成例を用いて説明したが、機能部６が複数の方向の格子ベクトルを有していてもよい。つまり、機能部６が２次元の回折格子を有していてもよい。

本技術の第１の実施形態に係る導光板について説明した上記の内容は、技術的な矛盾が特にない限り、本技術の他の実施形態に適用できる。

［２．第２の実施形態（導光板の例２）］
上記の式（１）を満たすことができる限り、機能部６は、様々な格子ベクトルを有することができる。機能部６が有する格子ベクトルの他の設計例について図１１を参照しつつ説明する。図１１は、本技術の一実施形態に係る格子ベクトルの設計例を示す波数空間座標である。図１１に示されるとおり、格子ベクトルＩＮ，Ｅ１，Ｅ２，Ｏ１，Ｏ２，Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３と、画角エリアＡと、が示されている。

格子ベクトルＩＮは、入射回折格子２が有する格子ベクトルを示している。格子ベクトルＥ１，Ｅ２は、出射回折格子４が有する格子ベクトルのうち、導光板１の正面視において光を外側（入射回折格子から導光板の内部に入射された光の軸に対して、正面視において直交する方向）に広げて回折する格子ベクトルを示している。格子ベクトルＯ１，Ｏ２は、出射回折格子４が有する格子ベクトルのうち、観察者の瞳に出射する基本格子ベクトルを示している。格子ベクトルＦ１，Ｆ２，Ｆ３は、機能部６が有する格子ベクトルである。格子ベクトルＥ１，Ｅ２及び基本格子ベクトルＯ１，Ｏ２のそれぞれは、基板３の表裏に存在する。

図１１Ａに示されるとおり、格子ベクトルＦ１の大きさが、基本格子ベクトルＯ１の大きさの略２倍であってよい。格子ベクトルＦ１の方向は、基本格子ベクトルＯ１の方向と略反対であってよい。同様に、格子ベクトルＦ２の大きさが、基本格子ベクトルＯ２の大きさの略２倍であってよい。格子ベクトルＦ２の方向は、基本格子ベクトルＯ２の方向と略反対であってよい。

図１１Ｂに示されるとおり、格子ベクトルＦ１の大きさが、格子ベクトルＥ１の大きさの略２倍であってもよい。格子ベクトルＦ１の方向は、格子ベクトルＥ１の方向と略同一であってよい。同様に、格子ベクトルＦ２の大きさが、格子ベクトルＥ２の大きさの略２倍であってよい。格子ベクトルＦ２の方向は、格子ベクトルＥ２の方向と略同一であってよい。

図１１Ｃに示されるとおり、格子ベクトルＦ１の大きさが、格子ベクトルＩＮの大きさの略２倍であってよい。格子ベクトルＦ１の方向は、格子ベクトルＩＮの方向と略同一であってよい。同様に、格子ベクトルＦ２の大きさが、格子ベクトルＯ１の大きさの略２倍であってよい。格子ベクトルＦ２の方向は、格子ベクトルＯ１の方向の略反対であってよい。同様に、格子ベクトルＦ３の大きさが、格子ベクトルＥ１の大きさの略２倍であってよい。格子ベクトルＦ３の方向は、格子ベクトルＥ１の方向と略同一であってよい。格子ベクトルＩＮ、格子ベクトルＥ１、及び格子ベクトルＯ１からなる多角形の形状は特に限られない。

機能部６が有する格子ベクトルの他の設計例について図１２を参照しつつ説明する。図１２は、本技術の一実施形態に係る格子ベクトルの設計例を示す波数空間座標である。図１２に示されるとおり、格子ベクトルＩＮ，Ｅ１，Ｅ２，Ｒ，Ｏ１，Ｏ２，Ｆ１～３と、画角エリアＡと、が示されている。

格子ベクトルＩＮは、入射回折格子２が有する格子ベクトルを示している。格子ベクトルＥ１，Ｅ２は、出射回折格子４が有する格子ベクトルのうち、導光板１の正面視において光を外側（入射回折格子から導光板の内部に入射された光の軸に対して、正面視において直交する方向）に広げて回折する格子ベクトルを示している。格子ベクトルＲは、出射回折格子４が有する格子ベクトルのうち、和が０になっている格子ベクトルからなる多角形の頂点同士を結び、光を戻す機能を有する格子ベクトルを示している。格子ベクトルＯ１，Ｏ２は、出射回折格子４が有する格子ベクトルのうち、観察者の瞳に出射する基本格子ベクトルを示している。格子ベクトルＦ１，Ｆ２，Ｆ３は、機能部６が有する格子ベクトルのいずれか又はこれらの組み合わせでありうる。格子ベクトルＥ１，Ｅ２及び基本格子ベクトルＯ１，Ｏ２のそれぞれは、基板３の表裏に存在していてよい。

この設計例では、格子ベクトルＩＮ，Ｅ１，Ｏ１は略二等辺三角形を構成している。格子ベクトルＩＮ，Ｅ２，Ｏ２も同様に略二等辺三角形を構成している。格子ベクトルＩＮと、格子ベクトルＥ１と、基本格子ベクトルＯ１と、の和が０となり、閉じている。同様に、格子ベクトルＩＮと、格子ベクトルＥ２と、基本格子ベクトルＯ２と、の和が０となっている。格子ベクトルＲは、この２つの略二等辺三角形のそれぞれの最も離れた頂点同士を結ぶベクトルである。

このとき、格子ベクトルＦの大きさが、格子ベクトルＲの大きさと略同一であってよい。格子ベクトルＦの方向は、格子ベクトルＲの方向と略同一であってよい。なお、格子ベクトルＦの方向は、格子ベクトルＲの方向と略反対であってもよい。

本技術の第２の実施形態に係る導光板について説明した上記の内容は、技術的な矛盾が特にない限り、本技術の他の実施形態に適用できる。

［３．第３の実施形態（導光板の例３）］
上述したように、導光板１に入射される光の波数ベクトルと、入射回折格子２が有する格子ベクトルと、出射回折格子４が有する格子ベクトルと、機能部６が有する格子ベクトルと、を足し合わせたベクトルにより形成される画角エリアの全体がエバネッセント領域に存在することが好ましい。ただし、機能部６が有する回折格子の大きさが、どの回折格子の大きさの略整数倍であっても、その回折格子と平行でない場合において、式（３）で表現される画角エリアに対する回折効率を５％以下にすることが可能であれば、この画角エリアの一部がエバネッセント領域に存在しなくてもよい。このことについて図１３を参照しつつ説明する。図１３は、本技術の一実施形態に係る格子ベクトルの設計例を示す波数空間座標である。図１３に示されるとおり、格子ベクトルＩＮ，Ｅ１，Ｅ２，Ｏ１，Ｏ２，Ｆと、画角エリアＡと、が示されている。

格子ベクトルＩＮは、入射回折格子２が有する格子ベクトルを示している。格子ベクトルＥ１，Ｅ２は、出射回折格子４が有する格子ベクトルのうち、導光板１の正面視において光を外側（入射回折格子から導光板の内部に入射された光の軸に対して、正面視において直交する方向）に広げて回折する格子ベクトルを示している。格子ベクトルＯ１，Ｏ２は、出射回折格子４が有する格子ベクトルのうち、観察者の瞳に出射する基本格子ベクトルを示している。格子ベクトルＦは、機能部６が有する格子ベクトルである。格子ベクトルＥ１，Ｅ２及び基本格子ベクトルＯ１，Ｏ２のそれぞれは、基板３の表裏に存在する。

この設計例では、格子ベクトルＦの大きさが、基本格子ベクトルＯ２の略２倍ではない。そして、画角エリアＡの一部である画角エリアＡ２がエバネッセント領域に存在していない。しかし、この画角エリアＡ２に対する回折効率が５％以下に抑えられる場合は、ゴースト比率が低く特に視感度の低い青色などで使用可能である。つまり、次の式（４）を満たす範囲において、機能部６が有する格子ベクトルの回折効率が５％以下であるとき、フレネル反射による損失を抑制しつつゴーストも回避することが可能である。この例では特にピッチを大きくする方向であるため、製造難易度は改善する。

なお、複数の導光板１を重ね合わせる場合や、光の波長が複数存在する場合は、機能部６に入射される全ての波長と角度の光を考慮することが好ましい。

本技術の第３の実施形態に係る導光板について説明した上記の内容は、技術的な矛盾が特にない限り、本技術の他の実施形態に適用できる。

［４．第４の実施形態（導光板の例４）］
機能部６を透過して基板３に入射された光が、基板３の内部を導光されて、再び機能部６に入射されることがある。このとき、機能部６は、入射された方向の反対方向に光を反射して、光を戻すことが好ましい。このことについて図１４を参照しつつ説明する。図１４は、本技術の一実施形態に係る導光板１の構成例を示す簡略側面図である。

図１４に示されるとおり、機能部６は、画像形成部（図示省略）から導光板１に入射される光を透過する。この光を実線で示す。この光は入射回折格子２により反射され、機能部６により反射される。その後、この光は基板３の内部を全反射して導光される。導光された光が、再び機能部６に入射されることがある。この光を破線で示す。このとき、機能部６は、入射された方向の反対方向（図の左方向）に光を反射して戻すことが好ましい。これにより、光の利用効率が向上する。

これを実現するために、側面視において、機能部６が有する回折格子の断面形状が、光が入射角０度で入射される方向（図の上下方向）に直交する方向（図の左右方向）に非対称であることが好ましい。図において、入射して左方向に進む光が機能部６に当たった場合は０次反射光の反射率を高くする必要がある。一方、左から右方向へ導光する戻り光に対しては、左方向へ－１次の反射回折の効率を機能部６に持たせることが好ましい。これにより、機能部６は、図１４の右方向から入射された光を左方向へ反射することができ、図１４の左方向から入射された光を左方向へ反射することができる。

機能部６が有する回折格子の構成例について図１５を参照しつつ説明する。図１５は、本技術の一実施形態に係る機能部６が有する回折格子の構成例を示す簡略断面図である。なお、回折格子の断面形状はこれに限られない。

図１５Ａ及び図１５Ｄに示されるとおり、側面視において、機能部６が有する回折格子の断面形状が、光が入射角０度で入射される方向（図の上下方向）に直交する方向（図の左右方向）に非対称となっている。図１５Ｂ及び図１５Ｃに示されるとおり、回折格子の断面形状が、光が入射される方向（図の上下方向）に直交する方向（図の左右方向）に対称となっていてもよい。

図１５Ａに示されるとおり、回折格子の断面形状がオーバーハングした台形形状であってよい。図１５Ｂに示されるとおり、回折格子の断面形状がドーム型であってよい。図１５Ｃに示されるとおり、回折格子の断面形状が台形であってよい。図１５Ｄに示されるとおり、回折格子の断面形状がバイナリ形状、台形形状、階段形状など、断面視においてに高さ方向に形状を持たせることができる。これは、１次元格子に限らず２次元格子にも適用できる。

本技術の第４の実施形態に係る導光板について説明した上記の内容は、技術的な矛盾が特にない限り、本技術の他の実施形態に適用できる。

［５．第５の実施形態（導光板の例５）］
機能部６が有する面のうち、光が入射される面若しくは前記光が出射される面又はその両方が、回折格子の高さが２０ｎｍ以下の略平面であってもよい。このことについて図１６を参照しつつ説明する。図１６は、本技術の一実施形態に係る導光板１の構成例を示す簡略側面図である。

図１６Ａに示される構成例では、機能部６が有する面のうち、光が入射される面若しくは前記光が出射される面又はその両方が、回折格子の高さが２０ｎｍ以下の略平面となっている。機能部６の屈折率が、基板３の屈折率より低いことが好ましい。具体的には、機能部６の屈折率が、基板３の屈折率より０．１以上低いことが好ましい。さらに、機能部６が有する回折格子と前記基板との間に形成されている残膜の厚さである残膜厚は、２０ｎｍ以上であることが好ましい。より好ましくは、この残膜厚は、４０ｎｍ以上であるとよい。これにより、機能部６は、フレネル反射による損失を抑制できる。

このことについて図１７を参照しつつ説明する。図１７は、本技術の一実施形態に係る機能部６のシミュレーション結果を示すグラフである。

基板３の屈折率が２．０であるとき、図１７Ａは、機能部６の屈折率が１．３であるときのグラフである。図１７Ｂは、機能部６の屈折率が１．５であるときのグラフである。図１７Ｃは、機能部６の屈折率が１．７であるときのグラフである。図１７Ｄは、機能部６の屈折率が１．９であるときのグラフである。

図１７Ａ～Ｄのそれぞれにおいて、横軸は機能部６が有する回折格子の高さ（０～２０ｎｍ）であり、縦軸は機能部６の厚さである残膜厚（０．００～０．１０μｍ）である。色の濃さは透過率を示す。残膜厚が厚くなるほど透過率が高くなっている。

図１７Ａ～Ｄに示されるとおり、機能部６の屈折率が、基板３の屈折率より０．１以上低く、機能部６の厚さが、２０ｎｍ以上であるとき、透過率が高く、フレネル反射による損失を抑制できている。機能部６の屈折率が、基板３の屈折率より０．１以上低く、機能部６の厚さが、４０ｎｍ以上であるとき、透過率がさらに高く、フレネル反射による損失をさらに抑制できている。

図１６の説明に戻る。図１６Ｂに示されるとおり、機能部６が有する面のうち、光が入射される面に回折格子が形成されていなくてもよい。このとき、機能部６の屈折率が、基板３の屈折率より０．１以上低いことが好ましい。さらに、機能部６の厚さは、２０ｎｍ以上であることが好ましい。

図１６Ｃに示される構成例も、機能部６の屈折率が、基板３の屈折率より０．１以上低くなっている。機能部６の厚さは、２０ｎｍ以上であることが好ましい。さらに、機能部６の屈折率が、側面視において基板３からの距離が長くなるほど低くなっている。つまり、機能部６の屈折率は、基板３に近いほど高くなっている。これにより、機能部６と基板３の境界面で屈折率が急激に変化することを抑制している。その結果、機能部６は、フレネル反射による損失を抑制できる。基板３から最も遠い位置の機能部６の屈折率は、基板３の屈折率より０．１以上低いことが好ましく、低いほどよい。

図１６Ｄに示されるとおり、機能部６が回折格子を有していてもよい。光が入射される面若しくは前記光が出射される面又はその両方が、回折格子の高さが２０ｎｍ以下の略平面となっていてもよい。この回折格子の屈折率が、基板３の屈折率より低く、側面視において基板３からの距離が長くなるほど低くなっていることが好ましい。機能部６の屈折率が、基板３の屈折率より０．１以上低いことが好ましい。基板３から最も遠い位置の機能部６の屈折率は、基板３の屈折率より０．１以上低いことが好ましく、低いほどよい。さらに、機能部６が有する回折格子と前記基板との間に形成されている残膜の厚さである残膜厚は、２０ｎｍ以上であることが好ましい。より好ましくは、この残膜厚は、４０ｎｍ以上であるとよい。これにより、機能部６は、フレネル反射による損失を抑制できる。

本技術の第５の実施形態に係る導光板について説明した上記の内容は、技術的な矛盾が特にない限り、本技術の他の実施形態に適用できる。

［６．第６の実施形態（導光板の例６）］
機能部６が、回折格子を有しているとき、前記回折格子と基板３との間に形成されている残膜の厚さである残膜厚が２０ｎｍ以上であり、機能部６の屈折率が、基板３の屈折率より０．２以上低いことが好ましい。この残膜厚について図１８を参照しつつ説明する。図１８は、本技術の一実施形態に係る導光板１の構成例を示す簡略側面図である。

図１８では、機能部６が有する回折格子と基板３との間に形成されている残膜の厚さである残膜厚ＲＬＴが示されている。この残膜厚ＲＬＴが２０ｎｍ以上であり、機能部６の屈折率が、基板３の屈折率より０．２以上低いとき、画像形成部から機能部６に入射される光の透過率を高くすることができ、導光板１の内部から機能部６に入射される光の反射率を高くすることができる。これにより、フレネル反射による損失を抑制できる。このことについて図１９を参照しつつ説明する。

図１９Ａは、本技術の一実施形態に係る機能部６の透過率の設計例を示すグラフである。機能部６の屈折率が、基板３の屈折率より０．３程度低いときの設計例が示されている。０次透過光の透過率と、導光する光の０次反射光の反射率と、を簡単に考慮するため、カラーバーの回折効率を掛け合わせた値となっている。図１９Ａの左側のグラフにおいて、横軸は機能部６が有する回折格子の高さを示し、縦軸は残膜厚ＲＬＴ（μｍ）を示している。図１９Ａの右側の目盛りは、透過率の参照値を示している。図１９Ａの左側のグラフにおける色の濃さと、図１９Ａの右側の目盛りにおける色の濃さが対応している。図１９Ａでは、残膜厚ＲＬＴが２０ｎｍ以上であるとき、透過率が高いことが示されている。

図１９Ｂは、本技術の一実施形態に係る機能部６の反射率の設計例を示すグラフである。機能部６の屈折率が、基板３の屈折率より０．５程度低いときの設計例が示されている。図１９Ｂの左側のグラフにおいて、横軸は機能部６が有する回折格子の高さを示し、縦軸は残膜厚ＲＬＴ（μｍ）を示している。図１９Ｂの右側の目盛りは、反射率の参照値を示している。図１９Ｂの左側のグラフにおける色の濃さと、図１９Ｂの右側の目盛りにおける色の濃さが対応している。図１９Ｂでは、残膜厚ＲＬＴが２０ｎｍ以上であるとき、反射率が高いことが示されている。

なお、機能部６の屈折率と基板３の屈折率が略同一であってもよい。このとき、残膜厚ＲＬＴは特に限られない。また、機能部６の屈折率が基板３の屈折率より高くてもよい。このとき、残膜厚ＲＬＴは２０ｎｍ未満であることが好ましい。つまり、機能部６の屈折率が、基板３の屈折率より０．１以上高く、機能部６が有する回折格子と基板３との間に形成されている残膜の厚さである残膜厚が、２０ｎｍ未満であることが好ましい。

本技術の第６の実施形態に係る導光板について説明した上記の内容は、技術的な矛盾が特にない限り、本技術の他の実施形態に適用できる。

［７．第７の実施形態（導光板の例７）］
機能部６が、入射回折格子２に入射される光の直進する光路上に備えられていてよい。もしくは、機能部６が、出射回折格子４が出射する光の直進する光路上に備えられていてよい。または、機能部６が、入射回折格子２に入射される光の直進する光路上、及び、出射回折格子４が出射する光の直進する光路上に備えられていてよい。このことについて図２０を参照しつつ説明する。図２０は、本技術の一実施形態に係る導光板１の構成例を示す簡略正面図である。

図２０Ａ～Ｅに示されるとおり、導光板１は、入射回折格子２と、基板３と、機能部６と、出射回折格子４と、拡張回折格子５と、を備えている。拡張回折格子５は、基板３が導光した光を外側（入射回折格子から導光板の内部に入射された光の軸に対して、正面視において直交する方向）に回折することより広げる。なお、拡張回折格子５が備えられていなくてもよい。つまり、導光板１は、基板３が導光した光を回折して観察者の瞳に出射する出射回折格子４、若しくは、入射回折格子２から導光板１内に入射された光の軸に対して、正面視において直交する方向に回折することより広げる拡張回折格子５、又はその両方をさらに備えていてよい。

図２０Ａに示される構成例では、機能部６が、入射回折格子２に入射される光の直進する光路上に備えられている。つまり、図２に示されるとおり、機能部６が、入射回折格子２と対向する面に備えられている。これにより、機能部６は、入射回折格子２に入射される光のフレネル反射による損失を抑制できる。

図２０Ｂに示される構成例では、機能部６が、入射回折格子２に入射される光の直進する光路上に備えられている。さらに、機能部６の端部が、拡張回折格子５まで達している。このように、機能部６の面積は、入射回折格子２の面積より大きくてもよい。これにより、入射回折格子２のサイズが小さいため製造難易度が高い場合に、製造が容易になる。

図２０Ｃに示される構成例では、機能部６が、入射回折格子２に入射される光の直進する光路上、及び、出射回折格子４が出射する光の直進する光路上に備えられている。つまり、機能部６が、入射回折格子２と対向する面に備えられており、かつ、出射回折格子４と対向する面に備えられている。出射回折格子４が基板３の片面に備えられているとき、この構成例が実現できる。これにより、機能部６は、入射回折格子２に入射される光のフレネル反射による損失を抑制できる。さらに、機能部６は、出射回折格子４に入射される光のフレネル反射による損失を抑制できる。

図２０Ｄに示される構成例では、機能部６が、入射回折格子２、出射回折格子４、及び拡張回折格子５と対向する面に備えられている。機能部６が、入射回折格子２に入射される光の直進する光路上、及び、出射回折格子４が出射する光の直進する光路上に備えられている。これにより、機能部６は、入射回折格子２に入射される光のフレネル反射による損失を抑制できる。さらに、機能部６は、出射回折格子４に入射される光のフレネル反射による損失を抑制できる。機能部６が全面に備えられていることにより、エッジでの波面の劣化を抑えられたり、パターンエリアが視認できることによりデザイン性を損なわれることを避けることができたりする。

図２０Ｅに示される構成例では、機能部６が、出射回折格子４に入射される光の直進する光路上に備えられている。つまり、機能部６が、出射回折格子４と対向する面に備えられている。これにより、機能部６は、出射回折格子４に入射される光のフレネル反射による損失を抑制できる。なお、機能部６の面積は、出射回折格子４の面積より大きくてもよい。

機能部６が備えられる位置は以上に限られない。回折格子が形成されている位置や回折格子が形成されていない位置に限られず、導光板１内のあらゆる位置に機能部６は備えられることができる。

本技術の第７の実施形態に係る導光板について説明した上記の内容は、技術的な矛盾が特にない限り、本技術の他の実施形態に適用できる。

［８．第８の実施形態（導光板の例８）］
出射回折格子４は、導光板１の一方又は両方の面に配されていてよい。このことについて図２１を参照しつつ説明する。図２１は、本技術の一実施形態に係る導光板１の構成例を示す簡略側面断面図である。

図２１Ａに示されるとおり、出射回折格子４は、導光板１の一方の面のみに配されていてよい。これにより、製造プロセスが簡略化されて、製造コストが低減される。

図２１Ｂに示されるとおり、出射回折格子４は、導光板１の両方の面に配されていてよい。これにより、設計の自由度がより増加する。その結果、光の利用効率の向上や、輝度分布の改善などが可能となる。例えば、一方の面に配されている出射回折格子４が導光板１内部の光を導く方向をコントロールして、他方の面に配されている出射回折格子４が光を観察者の瞳に出射することなどが可能となる。

なお、入射回折格子２及び出射回折格子４が配置される位置はこれに限られない。入射回折格子２及び出射回折格子４のそれぞれが同じ面に配されていてもよいし、異なる面に配されていてもよい。透過型の回折格子を使用するか、あるいは反射型の回折格子を使用するかによって配置される位置が異なる。

本技術の第８の実施形態に係る導光板について説明した上記の内容は、技術的な矛盾が特にない限り、本技術の他の実施形態に適用できる。

［９．第９の実施形態（導光板の例９）］
出射回折格子４が、入射回折格子２と、導光板１の厚さ方向に同じ又は異なる位置に配されていてよい。導光板１が、一つ又は複数の入射回折格子２と、一つ又は複数の出射回折格子４と、を備えていてよい。このことについて図２２を参照しつつ説明する。図２２は、本技術の一実施形態に係る導光板１の構成例を示す簡略側面断面図である。

図２２Ａに示されるとおり、出射回折格子４が、入射回折格子２と異なる面に配されていてよい。この構成例では、出射回折格子４が導光板１の内部に配されている。このとき、機能部６は、導光板１の一方の面に配されていてもよいし、両方の面に配されていてもよい。

図２２Ｂ、図２２Ｃ、及び図２２Ｅに示されるとおり、導光板１が、一つの入射回折格子２と、複数の出射回折格子４ａ，４ｂと、を備えていてよい。図２２Ｂに示されている構成例では、入射回折格子２と、出射回折格子４ａと、が、同じ面に配されており、導光板１の表面に配されている。出射回折格子４ｂが導光板１の内部に配されている。図２２Ｃに示されている構成例では、出射回折格子４ａ，４ｂが導光板１の内部に配されている。図２２Ｅに示されている構成例では、出射回折格子４ａが導光板１の内部に配されており、出射回折格子４ｂが導光板１の表面に配されている。

図２２Ｄに示されている構成例では、入射回折格子２と、出射回折格子４と、が導光板１の内部に配されている。入射回折格子２と、出射回折格子４と、の導光板１の厚さ方向の位置は同じでもよいし異なっていてもよい。

図２２Ｆに示されるとおり、導光板１が、複数の入射回折格子２ａ，２ｂと、複数の出射回折格子４ａ，４ｂ，４ｃと、を備えていてよい。また、複数の導光板１が備えられていてもよい。この構成例では、導光板１ａの表面に入射回折格子２ａが配されており、導光板１ａの内部に出射回折格子４ａが配されている。導光板１ｂの内部に出射回折格子４ｂ及び入射回折格子２ｂが配されている。導光板１ｃの表面に出射回折格子４ｃが配されている。導光板１ａ，１ｂ，１ｃがこの順に配されて積層されている。例えば導光板１ａ，１ｃは高屈折率の材料を含み、導光板１ｂは低屈折率の材料を含むことができる。このような構成例であることにより、導光板１は、波長が互いに異なる複数の光を観察者の瞳に出射できる。その結果、カラー化や高画角化などが可能となる。なお、導光板１の長さ方向の入射回折格子２ａ，２ｂの位置は同じでもよいし、異なっていてよい。入射回折格子２ａ，２ｂの位置が異なっていることにより、波長が互いに異なる複数の光が入射される位置が異なる。その結果、クロストークの発生を低減できる。

このように、出射回折格子４は、導光板１の表面に配されてもよいし、導光板１の厚さ方向の様々な位置に配されてもよい。

なお、入射回折格子２及び出射回折格子４のそれぞれが配置される位置や、導光板１、入射回折格子２、及び出射回折格子４のそれぞれの数は上記の構成例に限定されない。上記の構成例が組み合わされることもできる。

本技術の第９の実施形態に係る導光板について説明した上記の内容は、技術的な矛盾が特にない限り、本技術の他の実施形態に適用できる。

［１０．第１０の実施形態（画像表示装置の例）］
本技術は、上記の第１から第１０に係る導光板と、前記導光板に画像光を出射する画像形成部と、を備えている、画像表示装置を提供する。このことについて再び図２を参照しつつ説明する。図２に示されるとおり、本技術の一実施形態に係る画像表示装置１０は、導光板１と、導光板１に画像光を出射する画像形成部９と、を備えている。

画像形成部９は、画像光を形成する。画像形成部９は、画像形成部９内で映像を作り出すためにマイクロパネルを使うことが可能である。このマイクロパネルは、例えばマイクロＬＥＤやマイクロＯＬＥＤのような自発光パネルを用いてもよい。反射型もしくは透過型液晶を用いて、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）光源やＬＤ（Laser Diode）光源などを照明光学系と組み合わせて使用してもよい。

画像形成部９から出射された画像光は、例えば投射レンズ（図示省略）などにより各画角の光が略平行光に変換されて入射回折格子２に集光されて、導光板１に入射される。

画像表示装置１０は、ユーザの頭部に装着されるヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）などでありうる。あるいは、画像表示装置１０は、インフラとして所定の場所に配置されてもよい。

本技術の第１０の実施形態に係る画像表示装置について説明した上記の内容は、技術的な矛盾が特にない限り、本技術の他の実施形態に適用できる。

なお、本技術に係る実施形態は、上述した各実施形態及に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

また、本技術は、以下のような構成をとることもできる。
［１］
入射される光を導光板内部に回折する入射回折格子と、
前記入射回折格子が前記導光板内部に回折した前記光を内部全反射して導光する基板と、
入射される前記光を透過若しくは反射又はその両方を行う機能部と、を少なくとも備えており、
前記基板の屈折率をｎ_ｂとするとき、
導光する画角エリアの略中心における前記機能部の０次透過光の透過率Ｔ０が、次の式（２）を満たす、導光板。
Ｔ０＞１－（ｎ_ｂ－１）^２／（ｎ_ｂ＋１）^２ ・・・（２）
［２］
前記入射回折格子が前記導光板内に回折した光束の、前記入射回折格子に対して平行な断面の面積と、前記機能部に当たる前記光束の断面の面積と、の比率をＳ１とするとき、
前記機能部の０次反射光の反射率Ｒ０が、次の式（３）を満たす、
［１］に記載の導光板。
Ｔ０×（１－Ｓ１）＋Ｔ０×Ｓ１×Ｒ０＞１－（ｎ_ｂ－１）^２／（ｎ_ｂ＋１）^２ ・・・（３）
［３］
前記基板が導光した前記光を回折して観察者の瞳に出射する出射回折格子、若しくは、前記入射回折格子から前記導光板内に入射された光の軸に対して、正面視において直交する方向に回折することより広げる拡張回折格子、又はその両方をさらに備えている、
［１］又は［２］に記載の導光板。
［４］
前記入射回折格子が有する格子ベクトルと、前記出射回折格子若しくは前記拡張回折格子又はその両方が有する基本格子ベクトルの和が０になっている、
［３］に記載の導光板。
［５］
前記出射回折格子が、和が０になっている格子ベクトルからなる多角形の頂点同士を結び、光を戻す機能を有する格子ベクトルを有する、
［３］又は［４］に記載の導光板。
［６］
前記機能部が有する格子ベクトルの大きさが、前記入射回折格子が有する格子ベクトルの大きさの２以上の略整数倍であり、
前記機能部が有する格子ベクトルの方向が、前記入射回折格子が有する格子ベクトルと略平行である、
［１］から［５］のいずれか一つに記載の導光板。
［７］
前記機能部が有する格子ベクトルの大きさが、前記出射回折格子が有する格子ベクトルの大きさの２以上の略整数倍であり、
前記機能部が有する格子ベクトルの方向が、前記出射回折格子が有する格子ベクトルと略平行である、
［３］から［６］のいずれか一つに記載の導光板。
［８］
前記機能部が有する格子ベクトルの大きさが、前記光を戻す機能を有する格子ベクトルの大きさと略同一であり、
前記機能部が有する格子ベクトルの方向が、前記光を戻す機能を有する格子ベクトルと略平行である、
［６］又は［７］に記載の導光板。
［９］
波数空間座標において、
前記導光板に入射される光の波数ベクトルをｋ_λ、
前記入射回折格子が有する格子ベクトルをｋ_ＩＮ、
前記入射回折格子及び前記機能部を除く任意の回折格子が有する格子ベクトルをｋ_ｇ、
前記機能部が有する格子ベクトルをｋ_Ｆ、
前記入射回折格子及び前記機能部が有する格子ベクトルを除く、光線経路Ｐ（Ｐは空集合を含む）で決まる格子ベクトルの総和をΣ_ｇ∈Ｐｋ_ｇ、
原点と、前記導光板の導光領域とエバネッセント領域との境界と、を結ぶ波数ベクトルをｋ_Ｗとするとき、すべての光路に対して次の式（１）を満たす、
［３］から［８］のいずれか一つに記載の導光板。
［１０］
前記機能部が有する面のうち、前記光が入射される面若しくは前記光が出射される面又はその両方が、回折格子の高さが２０ｎｍ以下の略平面となっており、
前記機能部の屈折率が、前記基板の屈折率より０．１以上低く、
前記機能部が有する回折格子と前記基板との間に形成されている残膜の厚さである残膜厚が、２０ｎｍ以上である、
［１］から［９］のいずれか一つに記載の導光板。
［１１］
前記残膜厚が、４０ｎｍ以上である、
［１０］に記載の導光板。
［１２］
前記機能部の屈折率が、側面視において前記基板からの距離が長くなるほど低くなっている、
［１０］又は［１１］に記載の導光板。
［１３］
前記機能部の屈折率が、前記基板の屈折率より０．１以上高く、
前記機能部が有する回折格子と前記基板との間に形成されている残膜の厚さである残膜厚が、２０ｎｍ未満である、
［１］から［１２］のいずれか一つに記載の導光板。
［１４］
次の式（４）を満たす範囲において、前記機能部が有する格子ベクトルの回折効率が５％以下である、
［９］から［１３］のいずれか一つに記載の導光板。
［１５］
側面視において、前記機能部が有する回折格子の断面形状が、前記光が入射角０度で入射される方向に直交する方向に非対称である、
［１］から［１４］のいずれか一つに記載の導光板。
［１６］
前記機能部が、前記入射回折格子に入射される前記光の直進する光路上に備えられている、
［１］から［１５］のいずれか一つに記載の導光板。
［１７］
前記機能部が、前記出射回折格子が出射する前記光の直進する光路上に備えられている、
［３］から［１６］のいずれか一つに記載の導光板。
［１８］
前記機能部が、前記入射回折格子に入射される前記光の直進する光路上、及び、前記出射回折格子が出射する前記光の直進する光路上に備えられている、
［３］から［１７］のいずれか一つに記載の導光板。
［１９］
［１］から［１８］のいずれか一つに記載の導光板と、
前記導光板に画像光を出射する画像形成部と、を備えている、画像表示装置。

１ 導光板
２ 入射回折格子
３ 基板
４ 出射回折格子
５ 拡張回折格子
６ 機能部
９ 画像形成部
１０ 画像表示装置
ＩＮ，Ｅ１，Ｅ２，Ｏ１，Ｏ２，Ｆ 格子ベクトル

Claims (19)

1. 入射される光を導光板内部に回折する入射回折格子と、
   前記入射回折格子が前記導光板内部に回折した前記光を内部全反射して導光する基板と、
   入射される前記光を透過若しくは反射又はその両方を行う機能部と、を少なくとも備えており、
   前記基板の屈折率をｎ_ｂとするとき、
   導光する画角エリアの略中心における前記機能部の０次透過光の透過率Ｔ０が、次の式（２）を満たす、導光板。
   Ｔ０＞１－（ｎ_ｂ－１）^２／（ｎ_ｂ＋１）^２ ・・・（２）
2. 前記入射回折格子が前記導光板内に回折した光束の、前記入射回折格子に対して平行な断面の面積と、前記機能部に当たる前記光束の断面の面積と、の比率をＳ１とするとき、
   前記機能部の０次反射光の反射率Ｒ０が、次の式（３）を満たす、
   請求項１に記載の導光板。
   Ｔ０×（１－Ｓ１）＋Ｔ０×Ｓ１×Ｒ０＞１－（ｎ_ｂ－１）^２／（ｎ_ｂ＋１）^２ ・・・（３）
3. 前記基板が導光した前記光を回折して観察者の瞳に出射する出射回折格子、若しくは、前記入射回折格子から前記導光板内に入射された光の軸に対して、正面視において直交する方向に回折することより広げる拡張回折格子、又はその両方をさらに備えている、
   請求項１に記載の導光板。
4. 前記入射回折格子が有する格子ベクトルと、前記出射回折格子若しくは前記拡張回折格子又はその両方が有する基本格子ベクトルの和が０になっている、
   請求項３に記載の導光板。
5. 前記出射回折格子が、和が０になっている格子ベクトルからなる多角形の頂点同士を結び、光を戻す機能を有する格子ベクトルを有する、
   請求項３に記載の導光板。
6. 前記機能部が有する格子ベクトルの大きさが、前記入射回折格子が有する格子ベクトルの大きさの２以上の略整数倍であり、
   前記機能部が有する格子ベクトルの方向が、前記入射回折格子が有する格子ベクトルと略平行である、
   請求項１に記載の導光板。
7. 前記機能部が有する格子ベクトルの大きさが、前記出射回折格子が有する格子ベクトルの大きさの２以上の略整数倍であり、
   前記機能部が有する格子ベクトルの方向が、前記出射回折格子が有する格子ベクトルと略平行である、
   請求項３に記載の導光板。
8. 前記機能部が有する格子ベクトルの大きさが、前記光を戻す機能を有する格子ベクトルの大きさと略同一であり、
   前記機能部が有する格子ベクトルの方向が、前記光を戻す機能を有する格子ベクトルと略平行である、
   請求項６に記載の導光板。
9. 波数空間座標において、
   前記導光板に入射される光の波数ベクトルをｋ_λ、
   前記入射回折格子が有する格子ベクトルをｋ_ＩＮ、
   前記入射回折格子及び前記機能部を除く任意の回折格子が有する格子ベクトルをｋ_ｇ、
   前記機能部が有する格子ベクトルをｋ_Ｆ、
   前記入射回折格子及び前記機能部が有する格子ベクトルを除く、光線経路Ｐ（Ｐは空集合を含む）で決まる格子ベクトルの総和をΣ_ｇ∈Ｐｋ_ｇ、
   原点と、前記導光板の導光領域とエバネッセント領域との境界と、を結ぶ波数ベクトルをｋ_Ｗとするとき、すべての光路に対して次の式（１）を満たす、
   請求項３に記載の導光板。
   
10. 前記機能部が有する面のうち、前記光が入射される面若しくは前記光が出射される面又はその両方が、回折格子の高さが２０ｎｍ以下の略平面となっており、
    前記機能部の屈折率が、前記基板の屈折率より０．１以上低く、
    前記機能部が有する回折格子と前記基板との間に形成されている残膜の厚さである残膜厚が、２０ｎｍ以上である、
    請求項１に記載の導光板。
11. 前記残膜厚が、４０ｎｍ以上である、
    請求項１０に記載の導光板。
12. 前記機能部の屈折率が、側面視において前記基板からの距離が長くなるほど低くなっている、
    請求項１０に記載の導光板。
13. 前記機能部の屈折率が、前記基板の屈折率より０．１以上高く、
    前記機能部が有する回折格子と前記基板との間に形成されている残膜の厚さである残膜厚が、２０ｎｍ未満である、
    請求項１に記載の導光板。
14. 次の式（４）を満たす範囲において、前記機能部が有する格子ベクトルの回折効率が５％以下である、
    請求項９に記載の導光板。
    
15. 側面視において、前記機能部が有する回折格子の断面形状が、前記光が入射角０度で入射される方向に直交する方向に非対称である、
    請求項１に記載の導光板。
16. 前記機能部が、前記入射回折格子に入射される前記光の直進する光路上に備えられている、
    請求項１に記載の導光板。
17. 前記機能部が、前記出射回折格子が出射する前記光の直進する光路上に備えられている、
    請求項３に記載の導光板。
18. 前記機能部が、前記入射回折格子に入射される前記光の直進する光路上、及び、前記出射回折格子が出射する前記光の直進する光路上に備えられている、
    請求項３に記載の導光板。
19. 請求項１に記載の導光板と、
    前記導光板に画像光を出射する画像形成部と、を備えている、画像表示装置。