JP5824788B2 - Light guide plate manufacturing method and light guide plate - Google Patents
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Description
本発明は、頭部に装着して使用するヘッドマウントディスプレイ等に用いられる導光板の製造方法及び導光板に関する。 The present invention relates to a light guide plate manufacturing method and a light guide plate used in a head mounted display or the like that is used by being mounted on a head.
近年、ヘッドマウントディスプレイのように虚像の形成及び観察を可能にする虚像表示装置として、導光板によって表示素子からの映像光を観察者の瞳に導くタイプのものが種々提案されている。このような虚像表示装置用の導光板として、全反射を利用して映像光を導くとともに、導光板の主面に対して所定角度をなして互いに平行に配置される複数の部分反射面にて映像光を反射させ導光板から取り出すことによって、映像光を観察者の網膜に到達させるものが知られている(特許文献1参照)。このような導光板の複数の部分反射面を形成する方法として、細かいプリズムを多数作製してそれぞれに部分反射面となる光学的なコーティングを形成し配列後に接着する方法や、光学的なコーティングが施された平坦なプレートを多数重ね合わせて接着した後に所定角度で切り出す方法、あるいは2つの櫛歯状の透明基板を準備し、透明基板のうちの一方の斜面にコーティングを施した後に、2つの透明基板の斜面を重ね合わせる方法等が考えられている(同上図32〜35参照)。また、同様の技術として、映像光を取り出すために、鋸歯状の部分に反射層を形成するものも知られている(特許文献2参照)。 2. Description of the Related Art In recent years, various types of virtual image display devices that enable formation and observation of virtual images, such as a head-mounted display, have been proposed that guide video light from a display element to an observer's pupil using a light guide plate. As a light guide plate for such a virtual image display device, a plurality of partial reflection surfaces arranged to be parallel to each other at a predetermined angle with respect to the main surface of the light guide plate while guiding image light using total reflection. There is known a technique in which image light is reflected and taken out from the light guide plate to cause the image light to reach the retina of the observer (see Patent Document 1). As a method of forming a plurality of partial reflection surfaces of such a light guide plate, there are a method in which a large number of fine prisms are produced, an optical coating to be a partial reflection surface is formed on each of them and bonded after arrangement, A method in which a large number of applied flat plates are stacked and bonded, and then cut at a predetermined angle, or two comb-like transparent substrates are prepared, and after coating one of the transparent substrates, A method of overlapping the slopes of the transparent substrate is considered (see FIGS. 32 to 35). As a similar technique, there is also known a technique in which a reflective layer is formed on a sawtooth portion in order to extract image light (see Patent Document 2).
上記特許文献1、2のいずれの導光部材の場合にも、映像光を取り出すための複数の反射部分は、反射面の反射角度や表面状態等を良好に保ったものである必要がある。しかしながら、上記特許文献1に示される反射部分の製造方法では、反射角度が一定にならなかったり反射面と透明基板との間に隙間ができたりする傾向が生じやすく、反射状態を良好にすることが容易でなく、反射状態を良好にしようとすると製造コストを抑えることが容易でなくなる。なお、上記文献2には、真空チャンバーを用いることで鋸歯状の部分に反射層を設ける等の記載があるが、製造方法についての詳しい開示はない。
In any of the light guide members of
そこで、本発明は、導光板中の複数の反射面を比較的簡易に良好な反射状態で形成できる導光板の製造方法及び導光板を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the manufacturing method and light guide plate of a light guide plate which can form the some reflective surface in a light guide plate in a favorable reflective state comparatively easily.
上記課題を解決するため、本発明に係る導光板の製造方法は、(a)対向して平行な2面を有する導光板用の樹脂基材の一部として、2面のうちの一方の面に第1の平坦面と第2の平坦面とを有するV字形状の溝が複数連なる鋸歯状部を形成する溝形成工程と、(b)溝形成工程において形成された鋸歯状部のうち第1及び第2の平坦面の少なくとも一方に反射材を蒸着法で成膜することにより、導光板内部で全反射させて導いた光を外部へ取り出すとともに、観察者に外界象を観察させるための反射面を形成する反射面形成工程と、(c)樹脂基材と同一の屈折率の塗布樹脂材料により、反射面形成工程で形成された反射面を埋め、2面のうちの他方の面と対向して平行な表面を形成し、他方の面と一方の面及び他方の面と対向して平行な表面のいずれか一方の面とによって内部に入射した光を全反射させて導光する導光部と画像取出部とが一体化された構造体を形成する反射面埋込工程と、を有する。ここで、上記蒸着法には、PVD(物理蒸着法)に限らず、CVD(化学蒸着法)が含まれる。また、同一の屈折率の樹脂とは、屈折率が全く同じものだけでなく、例えば屈折率差が0.01以内のように略同一の屈折率のものも含まれる。
In order to solve the above-described problems, a method of manufacturing a light guide plate according to the present invention includes: (a) one of two surfaces as a part of a resin base material for a light guide plate having two opposing and parallel surfaces; in the groove forming step in which the V-shaped groove having a first flat surface and a second flat surface forming a serrated portion in which a plurality continuous, first of serration formed in (b) groove forming step By forming a reflective material on at least one of the first and second flat surfaces by vapor deposition, the light guided by total reflection inside the light guide plate is extracted to the outside and the observer is allowed to observe the external world image. a reflecting surface forming step of forming a reflecting surface, and the other surface of the by coating a resin material (c) a resin substrate and the same refractive index, filling the reflecting surface formed by the reflecting surface-forming step, second surface Opposite and parallel surfaces are formed, the other surface is parallel to one surface and the other surface Having a reflecting surface embedded steps that form a light guide portion and the image extraction portion and is integrated structure that light guide by total internal reflection light incident on the inside by the either side of the plane . Here, the vapor deposition method includes not only PVD (physical vapor deposition method) but also CVD (chemical vapor deposition method). In addition, the resins having the same refractive index include not only those having the same refractive index but also those having substantially the same refractive index such that the refractive index difference is within 0.01.
上記導光板の製造方法によれば、対向して平行な2面と、2面のうちの一方の面に形成された鋸歯状の溝と、を有する樹脂基材を予め準備し、反射面形成工程において、当該鋸歯状の溝の適所に反射材を成膜して反射面を形成するので、樹脂基材の溝表面に安定して密着するように所望の光反射率となる反射面を形成でき、乱れの少ない画像光を導光板の外側に効率的に取り出すとともに、観察者に外界象を観察させることができる。また、反射面埋込工程において、当該反射面を樹脂基材と同一の屈折率を有する塗布樹脂材料で埋め込み、2面のうちの他方の面と対向して平行な表面を形成し、他方の面と一方の面及び他方の面と対向して平行な表面のいずれか一方の面とによって内部に入射した光を全反射させて導光する導光部と画像取出部とが一体化された構造体を形成することによって、当該反射面を適切に保護でき、溝による凹凸を平滑化することができる。以上により、導光板中の複数の反射面を比較的簡易に良好な反射状態で形成でき、シースルータイプとして外界像を歪めることなく観察できるものにできる。
According to the manufacturing method of the light guide plate, and two parallel sides facing, and on one surface formed serrated grooves of the two surfaces, previously prepared resin substrate having a reflective surface formed In the process, a reflective material is formed at an appropriate position of the sawtooth groove to form a reflective surface, so that a reflective surface having a desired light reflectance is formed so as to stably adhere to the groove surface of the resin base material. It is possible to efficiently extract image light with less disturbance to the outside of the light guide plate and to allow the observer to observe the external world. In the reflective surface embedding step, the reflective surface is embedded with a coating resin material having the same refractive index as that of the resin base material, and a parallel surface is formed opposite to the other of the two surfaces. The light guide unit that guides light by totally reflecting the light incident on the surface and one of the surfaces parallel to the one surface and the other surface are integrated with the image extraction unit. by Rukoto form a structure, the reflective surface can suitably protected, it can smooth the unevenness caused by the groove. Thus, relatively easily a plurality of reflecting surfaces of the light guide plate in can be formed with good reflective state, Ru can to what can be observed without distorting the external image as see-through type.
本発明の具体的な側面では、反射面形成工程において、反射材を所定角度で斜方蒸着させることにより、反射面として、第1の平坦面に対応する第1の反射面部分と、第2の平坦面に対応する第2の反射面部分とを形成する。この場合、作製された導光板は、第1の反射面部分と第2の反射面部分とによる2段階の反射によって画像光の取り出しが可能となる。 In a specific aspect of the present invention, in the reflective surface forming step, the reflective material is obliquely vapor-deposited at a predetermined angle, whereby the first reflective surface portion corresponding to the first flat surface as the reflective surface, and the second And a second reflecting surface portion corresponding to the flat surface. In this case, the produced light guide plate can extract image light by two-stage reflection by the first reflection surface portion and the second reflection surface portion.
本発明のさらに別の側面では、反射面形成工程において、第1の反射面部分と第2の反射面部分とを異なる膜厚で成膜する。この場合、導光板の用途に適合させて、第1の反射面部分と第2の反射面部分とで光反射率を異なるものとすることができる。 In still another aspect of the present invention, in the reflective surface forming step, the first reflective surface portion and the second reflective surface portion are formed with different film thicknesses. In this case, the light reflectance can be made different between the first reflecting surface portion and the second reflecting surface portion in accordance with the use of the light guide plate.
本発明のさらに別の側面では、溝形成工程が、樹脂基材から第1及び第2の平坦面を切り出すための切削工程を含む。この場合、切削工程において、第1の平坦面の傾き角度と第2の平坦面の傾き角度とを調整することや、各面の表面状態を所望のものとすることができる。 In still another aspect of the present invention, the groove forming step includes a cutting step for cutting out the first and second flat surfaces from the resin base material. In this case, in the cutting process, the inclination angle of the first flat surface and the inclination angle of the second flat surface can be adjusted, and the surface state of each surface can be made desired.
本発明のさらに別の側面では、溝形成工程において、押付け型により樹脂基材の表面に鋸歯状部を形成する。この場合、一括加工を可能にする型の押付けにより所望の状態の第1及び第2の平坦面を比較的簡易かつ迅速に作製できる。 In still another aspect of the present invention, in the groove forming step, a sawtooth portion is formed on the surface of the resin base material by a pressing die. In this case, the first and second flat surfaces in a desired state can be produced relatively easily and quickly by pressing the mold that enables batch processing.
本発明のさらに別の側面では、溝形成工程において、射出成形型により鋸歯状部を含む透光性樹脂部材を形成する。この場合、一括成形を可能にする射出成形により所望の状態の第1及び第2の平坦面を比較的簡易かつ迅速に作製できる。 In still another aspect of the present invention, in the groove forming step, a translucent resin member including a sawtooth portion is formed by an injection mold. In this case, the first and second flat surfaces in a desired state can be produced relatively easily and quickly by injection molding that enables batch molding.
本発明のさらに別の側面では、鋸歯状部を形成するための押付け型又は射出成形型が、結晶材料の異方性エッチングにより形成される。この場合、鋸歯状部を形成するための押付け型又は射出成形型の型表面を、比較的簡易に、第1の平坦面と第2の平坦面とのなす角を正確にし、かつ、第1及び第2の平坦面の平坦性を高め得る形状に設定できる。 In yet another aspect of the present invention, a pressing mold or an injection mold for forming a sawtooth portion is formed by anisotropic etching of a crystal material. In this case, the mold surface of the pressing mold or the injection mold for forming the serrated portion is relatively simply made, the angle formed by the first flat surface and the second flat surface is made accurate, and the first surface is formed. And it can set to the shape which can improve the flatness of a 2nd flat surface.
本発明のさらに別の側面では、鋸歯状部を形成するための押付け型又は射出成形型が、単結晶シリコンを加工することによって得た型表面を有する。この場合、半導体技術の応用によって簡易に精密な型を作製することができ、また、第1の平坦面と第2の平坦面とのなす角を最適なものとすることが可能となる。 In yet another aspect of the present invention, a pressing mold or an injection mold for forming a serrated portion has a mold surface obtained by processing single crystal silicon. In this case, a precise mold can be easily produced by application of semiconductor technology, and the angle formed by the first flat surface and the second flat surface can be optimized.
本発明のさらに別の側面では、樹脂材料が、紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂及び熱重合性樹脂のいずれかである。この場合、反射面埋込工程において、反射面を埋めた樹脂材料を紫外線照射や熱処理により、確実に硬化させることが可能となる。また、樹脂材料を比較的容易に比較的高屈折率で良好な光学特性を有するものとすることができる。また、透明性の樹脂材料で平坦化することで、容易にシースルー対応の導光板を作製することができる。 In still another aspect of the present invention, the resin material is any one of an ultraviolet curable resin, a thermosetting resin, and a thermopolymerizable resin. In this case, in the reflection surface embedding step, the resin material with the reflection surface embedded can be reliably cured by ultraviolet irradiation or heat treatment. In addition, the resin material can be made relatively easily with a relatively high refractive index and good optical properties. Further, by flattening with a transparent resin material, a see-through light guide plate can be easily produced.
本発明のさらに別の側面では、第1の平坦面と前記第2の平坦面とのなす角が、54.7°である。この場合、導光板から虚像光として取り出される画像光の輝度ムラを最小化することができる。 In still another aspect of the present invention, an angle formed between the first flat surface and the second flat surface is 54.7 °. In this case, the luminance unevenness of the image light extracted as virtual image light from the light guide plate can be minimized.
本発明のさらに別の側面では、導光板の製造方法が、反射面埋込工程において形成された樹脂基材と、反射面と、樹脂材料とで構成される構造体に、画像光を内部に取り込むための光入射部を形成する光入射部形成工程をさらに有する。これにより、導光板の光入射部を追加的に形成することができる。 In still another aspect of the present invention, a method for manufacturing a light guide plate includes image light in a structure formed of a resin base material, a reflective surface, and a resin material formed in a reflective surface embedding step. It further has a light incident part forming step of forming a light incident part for capturing. Thereby, the light incident part of a light-guide plate can be formed additionally.
上記課題を解決するため、本発明に係る導光板は、(a)第1の平坦面と第2の平坦面とを有するV字形状の溝が複数連なる鋸歯状部を有する樹脂基材と、(b)鋸歯状部の第1の平坦面上と第2の平坦面上とに対応して、第1の反射面部分と第2の反射面部分とを有する反射部と、(c)樹脂基材と同一の屈折率の樹脂材料で構成され、樹脂基材とともに反射部を挟持して保護する保護層と、を備える。 In order to solve the above problems, a light guide plate according to the present invention includes: (a) a resin base material having a sawtooth portion in which a plurality of V-shaped grooves having a first flat surface and a second flat surface are continuous; (B) a reflecting portion having a first reflecting surface portion and a second reflecting surface portion corresponding to the first flat surface and the second flat surface of the serrated portion, and (c) resin And a protective layer that is made of a resin material having the same refractive index as that of the substrate and protects the resin substrate by sandwiching the reflection portion.
上記導光板によれば、樹脂基材によって一対の反射面部分で構成される複数の反射ユニットを備える反射部を支持しつつ、樹脂基材と保護層とにより反射部を挟持するように反射面を適切に保護できる。つまり、良好な反射状態の複数の反射ユニットを有する反射部によって、乱れの少ない画像光を導光板の外側に効率的に取り出すことができる。 According to the light guide plate, the reflecting surface is supported by the resin base material and the protective layer so as to sandwich the reflecting portion while supporting the reflecting portion including the plurality of reflecting units formed of the pair of reflecting surface portions by the resin base material. Can be protected properly. That is, image light with less disturbance can be efficiently extracted to the outside of the light guide plate by the reflecting portion having a plurality of reflecting units in a good reflecting state.
〔第1実施形態〕
以下、本発明の第1実施形態に係る導光板の製造方法について説明するための前提として、導光板及びこれを組み込んだ虚像表示装置について説明する。
[First Embodiment]
Hereinafter, as a premise for explaining the manufacturing method of the light guide plate according to the first embodiment of the present invention, a light guide plate and a virtual image display device incorporating the light guide plate will be described.
〔A.導光板及び虚像表示装置の構造〕
図1(A)に示す虚像表示装置100は、ヘッドオンディスプレイに適用されるものであり、画像形成装置10と、導光板20とを一組として備える。なお、図1(A)は、図1(B)に示す導光板20のA−A断面と対応する。
[A. Structure of light guide plate and virtual image display device]
A virtual
虚像表示装置100は、観察者に虚像による画像光を認識させるとともに、観察者に外界像をシースルーで観察させるものである。虚像表示装置100において、画像形成装置10と導光板20とは、通常観察者の右眼および左眼に対応して一組ずつ設けられるが、右眼用と左眼用とでは左右対称であるので、ここでは右眼用のみを示し、左眼用については図示を省略している。なお、虚像表示装置100は、全体としては、例えば一般の眼鏡のような外観(不図示)を有するものとなっている。
The virtual
画像形成装置10は、画像表示素子である液晶デバイス11と、光束形成用のコリメートレンズ12とを備える。液晶デバイス11は、光源(不図示)からの照明光を空間的に変調して、動画像等の表示対象となるべき画像光を形成する。コリメートレンズ12は、液晶デバイス11上の各点から射出された画像光を平行状態の光束にする。なお、コリメートレンズ12のレンズ材料は、ガラスやプラスチックのいずれとすることもできる。
The
図1(A)〜1(C)に示すように、導光板20は、導光板本体部20aと、入射光折曲部21と、画像取出部23とを備える。導光板20は、画像形成装置10で形成された画像光を虚像光として観察者の眼EYに向けて射出し、画像として認識させるものである。
As shown in FIGS. 1 (A) to 1 (C), the
導光板20の全体的な外観は、図中YZ面に平行に延びる平板である導光板本体部20aによって形成されている。また、導光板20は、長手方向の一端に導光板本体部20aに埋め込まれた多数の微小ミラーによって構成される画像取出部23を有し、長手方向の他端に導光板本体部20aを拡張するように設けられる入射光折曲部21を有する構造となっている。
The overall appearance of the
導光板本体部20aは、光透過性の樹脂材料等により形成され、YZ面に平行で画像形成装置10に対向する表側の平面上に、画像形成装置10からの画像光を取り込む光入射部である光入射面ISと、画像光を観察者の眼EYに向けて射出させる光射出部である光射出面OSとを有している。導光板本体部20aは、光入射面ISの裏側に設けられて光入射面ISに対して傾斜する矩形の斜面RSを有し、当該斜面RS上には、これを被覆するようにミラー層21aが形成されている。ここで、ミラー層21aは、斜面RSと協働することにより、入射光折曲部21として機能する。また、導光板本体部20aにおいて、光射出面OSの裏側の平面に沿って微細構造である画像取出部23が形成されている。
The light guide plate
導光板本体部20aの光入射面ISに対向して配置される入射光折曲部21は、導光板本体部20aの上記斜面RS上にアルミ蒸着等の成膜を施すことにより形成され、入射光を反射し光路を略直交方向に近い所定方向に折り曲げるための反射面として機能する。つまり、入射光折曲部21は、光入射面ISから入射し全体として−X方向に向かう画像光を、全体として+Z方向に向かわせるように折り曲げることで、画像光を導光板本体部20a内に確実に結合させる。
The incident
また、導光板本体部20aは、入口側の入射光折曲部21から奥側の画像取出部23にかけて、入射光折曲部21を介して内部に入射させた画像光を画像取出部23に導くための導光部22を有している。
Further, the light guide plate
導光部22は、平板状の導光板本体部20aの主面であり互いに対向しYZ面に対して平行に延びる2平面として、入射光折曲部21で折り曲げられた画像光をそれぞれ全反射させる第1の全反射面22aと第2の全反射面22bとを有している。ここでは、第1の全反射面22aが画像形成装置10から遠い裏側にあるものとし、第2の全反射面22bが画像形成装置10に近い表側にあるものとする。この場合、第2の全反射面22bは、光入射面IS及び光射出面OSと共通の面部分となっている。入射折曲部21で反射された画像光は、まず、第2の全反射面22bに入射し、全反射される。次に、当該画像光は、第1の全反射面22aに入射し、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の奥側即ち画像取出部23を設けた+Z側に導かれる。
The
導光板本体部20aの光射出面OSに対向して配置される画像取出部23は、導光部22の奥側(+Z側)において、第1の全反射面22aの延長平面に沿ってこの延長平面に近接して形成されている。画像取出部23は、導光部22の第1及び第2の全反射面22a,22bを経て入射してきた画像光を、所定角度で反射して光射出面OS側へ折り曲げる。ここでは、画像取出部23に最初に入射する画像光が虚像光としての取出し対象であるものとする。画像取出部23の詳しい構造については、図2(A)等により後述する。
The
なお、導光板本体部20aは、導光板20の外形のうち+Z側の端面を画成する側面として終端面ESを有する。また、導光板本体部20aは、±Y側の端面を画成する上面及び底面として上端面TPと下端面BPとをそれぞれ有している。
The light
また、導光板本体部20aに用いる透明樹脂材料の屈折率nは、1.5以上の高屈折率材料であるものとする。導光板20に比較的屈折率の高い透明樹脂材料を用いることで、導光板20内部で画像光を導光させやすくなり、かつ、導光板20内部での画像光の画角を比較的小さくすることができる。
In addition, the refractive index n of the transparent resin material used for the light
導光板20が以上のような構造を有することから、画像形成装置10から射出され光入射面ISから導光板20に入射した画像光は、入射光折曲部21で一様に反射されて折り曲げられ、導光部22の第1及び第2の全反射面22a,22bにおいて繰り返し全反射されて光軸OAに略沿って一定の広がりを有する状態で進み、さらに、画像取出部23において適度な角度で折り曲げられることで取出し可能な状態となり、最終的に光射出面OSから射出される。光射出面OSから射出された画像光は、虚像光として観察者の眼EYに入射する。当該虚像光が観察者の網膜において結像することで、観察者は虚像による映像光等の画像光を認識することができる。
Since the
〔B.画像光の光路〕
以下、画像光の光路について詳しく説明する。図1(A)に示すように、液晶デバイス11の射出面11a上からそれぞれ射出される画像光のうち図中点線で示す射出面11aの中央部分から射出される成分を画像光GL1とし、図中一点鎖線で示す射出面11aの周辺のうち紙面右側(−Z側)から射出される成分を画像光GL2とし、図中二点鎖線で示す射出面11aの周辺のうち紙面左側(+Z側)から射出される成分を画像光GL3とする。
[B. (Optical path of image light)
Hereinafter, the optical path of the image light will be described in detail. As shown in FIG. 1A, a component emitted from the central portion of the
コリメートレンズ12を経た各画像光GL1,GL2,GL3の主要成分は、導光板20の光入射面ISからそれぞれ入射した後、第1及び第2の全反射面22a,22bにおいて互いに異なる角度で全反射を繰り返す。具体的には、画像光GL1,GL2,GL3のうち、射出面11aの中央部分から射出された画像光GL1は、平行光束として入射光折曲部21で反射された後、標準反射角θ0で導光部22の第2の全反射面22bに入射し、全反射される。その後、画像光GL1は、標準反射角θ0を保った状態で、第1及び第2の全反射面22a,22bで全反射を繰り返す。画像光GL1は、第1及び第2の全反射面22a,22bにおいてN回(Nは自然数)全反射され、画像取出部23の中央部23kに入射する。画像光GL1は、中央部23kにおいて所定の角度で反射され、光射出面OSから光射出面OSを含むYZ面に対して垂直な光軸AX方向に平行光束として射出される。射出面11aの一端側(−Z側)から射出された画像光GL2は、平行光束として入射光折曲部21で反射された後、最大反射角θ+で導光部22の第2の全反射面22bに入射し、全反射される。画像光GL2は、第1及び第2の全反射面22a,22bにおいてN−M回(Mは自然数)全反射され、画像取出部23のうち最も奥側(+Z側)の周辺部23hにおいて所定の角度で反射され、光射出面OSから所定の角度方向に向けて平行光束として射出される。この際の射出角は、入射光折曲部21側に戻されるようなものになっており、+Z軸に対して鈍角となる。射出面11aの他端側(+Z側)から射出された画像光GL3は、平行光束として入射光折曲部21で反射された後、最小反射角θ−で導光部22の第2の全反射面22bに入射し、全反射される。画像光GL3は、第1及び第2の全反射面22a,22bにおいてN+M回全反射され、画像取出部23のうち最も入口側(−Z側)の周辺部23mにおいて所定の角度で反射され、光射出面OSから所定の角度方向に向けて平行光束として射出される。この際の射出角は、入射光折曲部21側から離れるようなものになっており、+Z軸に対して鋭角となる。なお、第1及び第2の全反射面22a,22bでの全反射による光の反射効率は非常に高いものであるため、上記のように画像光GL1,GL2,GL3間で反射回数が異なっていても、これによって輝度ムラが生じることは殆どなく、視認上画像ムラ等の影響を感じることはない。また、画像光GL1,GL2,GL3は、画像光の光束全体の一部を代表して説明したものであるが、他の画像光を構成する光束成分についても画像光GL1等と同様に導かれ光射出面OSから射出されるため、これらについては図示及び説明を省略している。なお、画像光GL2,GL3は、光射出面OSを通過する際に、多少屈折作用を受ける。
The main components of the image lights GL1, GL2, and GL3 that have passed through the collimating
ここで、入射光折曲部21及び導光部22に用いられる透明樹脂材料の屈折率nの値の一例として、n=1.5とすると、その臨界角θcの値はθc≒41.8°となり、n=1.6とすると、その臨界角θcの値はθc≒38.7°となる。各画像光GL1,GL2,GL3の反射角θ0,θ+,θ−のうち最小である反射角θ−を臨界角θcよりも大きな値とすることで、必要な画像光について導光部22内における全反射条件を満たすものにできる。
Here, as an example of the value of the refractive index n of the transparent resin material used for the incident
〔C.画像取出部の構造及び画像取出部による光路の折曲げ〕
以下、図2(A)等により、画像取出部23の構造及び画像取出部23による画像光の光路の折曲げについて詳細に説明する。
[C. The structure of the image extraction part and the bending of the optical path by the image extraction part)
Hereinafter, the structure of the
まず、画像取出部23の構造について説明する。画像取出部23は、ストライプ状に配列された多数の線状の反射ユニット23cで構成される。つまり、図2(A)〜2(C)に示すように、画像取出部23は、Y方向に延びる細長い反射ユニット23cを所定のピッチPTで導光部22の延びる方向即ちZ方向に多数配列させることで構成されている。各反射ユニット23cは、奥側即ち光路下流側に配置される第1の反射面23aと、入口側即ち光路上流側に配置される第2の反射面23bとを有する。また、各反射ユニット23cは、隣接する第1及び第2の反射面23a,23bにより、XZ断面視においてV字又は楔状となっている。より具体的には、第1及び第2の反射面23a,23bは、図1(A)等に示す第1の全反射面22aに平行で反射ユニット23cの配列されるZ方向に対して垂直に延びる方向即ちY方向を長手方向として、線状に延びている。さらに、第1及び第2の反射面23a,23bは、当該長手方向を軸として、第1の全反射面22aに対してそれぞれ異なる角度(即ちYZ面に対してそれぞれ異なる角度)で傾斜している。結果的に、第1の反射面23aは、周期的に繰り返して配列され互いに平行に延び、第2の反射面23bも、周期的に繰り返して配列され互いに平行に延びている。図2(A)等に示す具体例において、各第1の反射面23aは、第1の全反射面22aに対して略垂直な方向(X方向)に沿って延びているものとしている。また、各第2の反射面23bは、対応する第1の反射面23aに対して所定角度(相対角度)αをなす方向に延びている。ここで、相対角度αは、例えば54.7°となっているものとする。
First, the structure of the
図2(A)等に示す具体例において、第1の反射面23aは、第1の全反射面22aに対して略垂直であるものとしているが、第1の反射面23aの方向は、導光板20の仕様に応じて適宜調整されるものであり、第1の全反射面22aに対して−Z方向を基準として時計回りに例えば80°から100°までの範囲内でいずれかの傾斜角度をなすものとできる。また、第2の反射面23bの方向は、導光板20の仕様に応じて第1の全反射面22aの傾斜状態を基準として適宜調整されるものであり、第1の全反射面22aに対して−Z方向を基準として時計回りに例えば30°から40°までの範囲内でいずれかの傾斜角度をなすものとできる。結果的に、第2の反射面23bは、第1の全反射面22aに対して40°から70°程度の相対角度を有するものとなる。
In the specific example shown in FIG. 2A and the like, the first reflecting
以下、画像取出部23による画像光の光路の折曲げについて詳しく説明する。ここでは、画像光のうち、画像取出部23の両端側に入射する画像光GL2及び画像光GL3について示し、他の光路については、これらと同様であるので図示等を省略する。
Hereinafter, the bending of the optical path of the image light by the
まず、図2(A)及びその拡大図である図2(B)に示すように、画像光のうち全反射角度の最も大きい反射角θ+で導かれた画像光GL2は、画像取出部23のうち光入射面IS(図1(A)参照)から最も遠い+Z側の周辺部23hに配置された1つの反射ユニット23cに入射する。図2(B)に示すように、当該反射ユニット23cにおいて、画像光GL2は、最初に奥側即ち+Z側の第1の反射面23aで反射され、次に、入口側即ち−Z側の第2の反射面23bで反射される。当該反射ユニット23cを経た画像光GL2は、他の反射ユニット23cを経ることなく、図1(A)等に示す光射出面OSから射出される。つまり、画像光GL2は、画像取出部23での1回だけの通過で所望の角度に折り曲げられ観察者側に取り出される。
First, as shown in FIG. 2A and FIG. 2B, which is an enlarged view thereof, the image light GL2 guided at the reflection angle θ + having the largest total reflection angle among the image light is transmitted to the
また、図2(A)及びその拡大図である図2(C)に示すように、全反射角度の最も小さい反射角θ−で導かれた画像光GL3は、画像取出部23のうち光入射面IS(図1(A)参照)に最も近い−Z側の周辺部23mに配置された1つの反射ユニット23cに入射する。図2(C)に示すように、当該反射ユニット23cにおいて、画像光GL3は、図2(B)の画像光GL2の場合と同様に、最初に奥側即ち+Z側の第1の反射面23aで反射され、次に、入口側即ち−Z側の第2の反射面23bで反射される。当該反射ユニット23cを経た画像光GL3は、他の反射ユニット23cを経ることなく、画像取出部23での1回だけの通過で所望の角度に折り曲げられ観察者側に取り出される。
Further, as shown in FIG. 2A and FIG. 2C, which is an enlarged view thereof, the image light GL3 guided at the reflection angle θ − having the smallest total reflection angle is incident on the
ここで、上記のような第1及び第2の反射面23a,23bでの2段階での反射の場合、図2(B)及び図2(C)に示すように、各画像光の入射時の方向と射出時の方向とのなす角である折り曲げ角βは、いずれもβ=2(R−α)(R:直角)となる。つまり、折り曲げ角βは、画像取出部23に対する入射角度即ち各画像光の全反射角度である反射角θ0,θ+,θ−等の値によらず一定である。これにより、上記のように、画像光のうち全反射角度の比較的大きい成分を画像取出部23のうち+Z側の周辺部23h側に入射させ、全反射角度の比較的小さい成分を画像取出部23のうち−Z側の周辺部23m側に入射させた場合にも、画像光を全体として観察者の眼EYに集めるような角度状態で効率的に取り出すことが可能となる。このような角度関係で画像光を取出す構成であるため、導光板20は、画像光を画像取出部23において複数回通過させず、1回だけ通過させることができ、画像光を少ない損失で虚像光として取り出すことを可能にする。
Here, in the case of the two-stage reflection on the first and second reflecting
なお、導光部22の形状や屈折率、画像取出部23を構成する反射ユニット23cの形状等の光学的な設計において、画像光GL2,GL3等が導かれる角度等を適宜調整することで、光射出面OSから射出される画像光を、基本の画像光GL1即ち光軸AXを中心として、全体として対称性が保たれた状態の虚像光として観察者の眼EYに入射させることができる。つまり、一端の画像光GL2のX方向又は光軸AXに対する角度γ2と、他端の画像光GL3のX方向又は光軸AXに対する角度γ3とは、大きさが略等しく逆向きとなっている。なお、画像光GL2,GL3の角度γ2,γ3は、光射出面OS又は第2の全反射面22bに対して比較的垂直に近いものとなっており、光射出面OSを十分な透過率で通過する。
In addition, in the optical design such as the shape and refractive index of the
ここで、第1の反射面23aの光反射率は、第2の反射面23bの光反射率よりも高いものとなっている。より具体的には、第2の反射面23bの光反射率は、50%以上であるものとし、第1の反射面23aの光反射率は、略100%であるものとする。これにより、上述した第1及び第2の反射面23a,23bでの画像光の反射効率を比較的高いものとすることができる。既述のように、虚像表示装置100は、観察者に外界像を観察させるシースルータイプのものであり、この場合、外界像の観察を確保する等の要請から、一般には各反射面の光反射率に上限がある。つまり、例えば上記において第2の反射面23bの光反射率を50%以上としているが、この光反射率には例えば70%といった仕様上の上限が設けられる。これに対して、第1の反射面23aは、図2(A)等に示すように第1の全反射面22aに対して垂直或いは略垂直である場合、外界像の観察には影響しない。従って、光反射率を略100%とすることができる。従って、この場合、第1の反射面23aでの光反射率を略100%に高めることで、第2の反射面23bでの透過を確保することによって外界像の観察を可能にしつつも、第1及び第2の反射面23a,23bを合わせた反射ユニット23c全体としての反射効率を高いものとすることができる。
Here, the light reflectance of the first reflecting
また、既に説明したように、一群の反射ユニット23cを構成する第1の反射面23a又は第2の反射面23bは、ピッチが一定で互いに平行になっている。これにより、観察者の眼EYに入射する虚像光である画像光を一様なものとでき、観察される画像の品質の低下を抑えることができる。
Further, as already described, the first reflecting
また、図2(A)等に示す反射ユニット23cの第1及び第2の反射面23a,23bのなす所定角度(相対角度)αは、具体例においてα=54.7°となっている。図3(A)〜3(F)は、第1及び第2の反射面23a,23bのなす相対角度と画像光の輝度分布との関係を示している。ここで、図3(B)〜3(F)は、図3(A)に示す再生像中のB−B'断面(輝度断面)について、相対角度αの値を53°〜57°の範囲で適宜変更した場合の輝度の状態を示すグラフである。図3(B)〜3(F)から分かるように、図3(D)に示す相対角度αの値がα=54.7°となるときに、図3(A)におけるB−B'断面での輝度ムラが最も少ない最適な状態となっており、また、他の図3(B)等から、α=54.7°に近いほど輝度ムラが小さいことが分かる。
Moreover, the predetermined angle (relative angle) α formed by the first and second reflecting
〔D.導光板の製造方法〕
以下、図4及び図5(A)〜5(F)を参照して、本実施形態に係る導光板の製造方法について説明する。
[D. Method for manufacturing light guide plate]
Hereinafter, with reference to FIG.4 and FIG.5 (A) -5 (F), the manufacturing method of the light-guide plate which concerns on this embodiment is demonstrated.
まず、図4のフローチャートに示す導光板の作製手順の最初の工程として、図5(A)に示すように、画像取出部23の多数の第1及び第2の反射面23a,23b(図2(A)等参照)にそれぞれ対応する第1及び第2の平坦面123a,123bを備える溝DTaを樹脂基材50上に直接形成する溝加工を行う(図4のステップS1の溝形成工程)。具体的には、図示のように、透光性で平板状の樹脂基材50の上面50aが楔型のチップ形状を有するダイヤモンドバイト等の切削工具DBにより切削されて、ストライプ状に配列される多数の溝DTaが樹脂基材50上に形成される(切削工程)。ここで、切削工具DBは、そのチップ角が反射面23a,23bのなす相対角度α(α=54.7°)に等しくなるように設定されており、鋸歯状部DTを構成する各溝DTaのエッジ角度を精密に上記相対角度αに加工することができる。これにより、互いに隣接して対応する第1の平坦面123aと第2の平坦面123bとによって構成されるV字形状の溝DTaが一定の周期間隔で多数連なる鋸歯状部DTが切り出される。
First, as the first step of the light guide plate manufacturing procedure shown in the flowchart of FIG. 4, as shown in FIG. 5A, a large number of first and second reflecting
次に、図5(B)に示すように、樹脂基材50の鋸歯状部DT上に、第1及び第2の反射面23a,23bを形成するための反射部である反射膜MBを、アルミ蒸着により成膜する(図4のステップS2の反射面形成工程)。本工程において、アルミ蒸着は、図中矢印AWの方向から反射材であるアルミを射出して成膜する斜方蒸着とする。つまり、矢印AWの方向即ち蒸着源からのアルミ粒子の入射角度を適宜調整する。これにより、アルミ粒子の入射角度に対する第1の平坦面123aと第2の平坦面123bとの傾斜角度が互いに異なるものとなるので、その傾斜角度に応じて第1の平坦面123aと第2の平坦面123bとでの蒸着量が変わり、第1及び第2の平坦面123a,123b上での反射膜MBの膜厚を所定のものとすることができる。以上のようにして、第1及び第2の平坦面123a,123b上において、反射膜MBとして、厚み及び反射率の異なる第1及び第2の反射面23a,23bがそれぞれ交互に形成される。つまり、鋸歯状部DTのうち1つのV字形状の溝DTaと反射膜MBとが協働して1つの反射ユニット23cが形成され、多数の反射ユニット23cを合わせた全体として画像取出部23が形成される。なお、上記反射面形成工程では、斜方蒸着により、反射率の異なる1対の反射面である第1の反射面23aと第2の反射面23bとを同時に作製することができる。また、蒸着によるため、溝DTaの表面に安定して密着するように隙間なく反射膜MBを成膜できる。
Next, as shown in FIG. 5B, on the sawtooth portion DT of the
次に、図5(C)に示すように、紫外線硬化性樹脂51を反射膜MBの上方から塗布し(図4のステップS3の塗布工程)、さらに、図5(D)に示すように、その上方から平坦基板である加圧部材PEを樹脂基材50に対して所定の圧力で、紫外線硬化性樹脂51が反射膜MB表面に隙間なく密着するのに必要な所定時間押し付ける(図4のステップS4の加圧工程)。ここで、紫外線硬化性樹脂51は、紫外線により硬化する透光性樹脂であり、かつ、樹脂基材50と同一の屈折率を有する樹脂である。なお、同一の屈折率の樹脂とは、屈折率が全く同じものだけでなく、例えば屈折率差が0.01以内のもののように略等しいものも含まれる。また、加圧部材PEは、ガラス板等の透光性の材料で形成され、予め表面を離型剤でコートする処理が行われている。上記加圧工程において、反射膜MBは、樹脂基材50と紫外線硬化性樹脂51とで挟持された状態となる。さらに、図示のように、紫外線硬化性樹脂51の上方側から紫外光UVが照射される。紫外光UVは、透光性の加圧部材PEを透過し、紫外線硬化性樹脂51を照射して硬化させる(図4のステップS5の紫外光照射工程)。つまり、紫外線硬化性樹脂51が完全に硬化するのに必要な所定時間が経過するまで紫外光UVの照射が行われる。その後、図5(E)に示すように、加圧部材PEは、紫外線硬化性樹脂51から離型される(図4のステップS6の離型工程)。以上のようにして、紫外線硬化性樹脂51から得た保護層52で被覆され反射膜MBが埋め込まれた状態で一体化された構造体60が形成される(反射面埋込工程の完了)。この場合、構造体60において、反射膜MBは、内部に埋め込まれ保護された状態となっているので、酸化や物理的欠損等を抑制できる。つまり、保護層52は、樹脂基材50とともに反射膜MBを挟持して保護する役割を有する。以上の構造体60は、画像取出部23及びその近傍のみならず、図1(A)等に示す導光板本体20aの導光部22等となるべき部分まで一体的に含めたものとすることができる。
Next, as shown in FIG. 5 (C), the ultraviolet
なお、構造体60において、樹脂基材50と保護層52とを同一の屈折率の樹脂としているので、両者間において光の屈折や反射等の効果は殆ど生じない。つまり、構造体60は、外光の透過に際して屈折的な影響を与えず、画像光の導光に影響を与えないものとなっている。
In the
上記のように構造体60が導光部22まで含むものである場合、例えば、図5(F)に一部簡略化して示すように、構造体60に対して光入射部IS、入射光折曲部21等を含む部材を接合することで、導光板20を作製することができる。具体的には、光入射部ISや入射光折曲部21を設けた三角柱状のプリズム53を別途準備し、当該プリズムを構造体60の樹脂基材50と同一の屈折率の樹脂材料を用いて構造体60に接合することにより、光入射部IS等が構造体60に接続され(図4のステップS7の光入射部形成工程)、導光板20を作製することができる(導光板作製工程の完了)。なお、構造体60にプリズムを接合した後にミラー層21aを形成することによって入射光折曲部21を最後に完成することもできる。さらに、上記のようなプリズムを一体的に設けた樹脂基材50を予め準備し、その後の加工によって、樹脂基材50の一端側で反射膜MBを形成し当該反射膜MBを保護層52によって埋め込むとともに、樹脂基材50の他端側でミラー層21aを形成した構造体60即ち導光板20を得ることもできる。
When the
また、特に、導光板20及びこれに含まれる構造体60の部分が虚像表示装置100において最外側に露出する場合、上記反射面埋込工程において、構造体60の保護層52表面とそれ以外の導光板20の面とが平坦化された1つの表面を形成し、かつ、同一の屈折率であることで、虚像表示装置100を、シースルータイプとして外界像を歪めることなく観察できるものにできる。
In particular, when the
図6は、図5(B)に示した反射面形成工程によって成膜された反射膜MBの状態を説明する拡大図である。図6には、反射膜MBによって形成される第1及び第2の反射面23a,23bの状態の一例が、反射ユニット23cの1つ分を取り出したものとして図示されている。図示の反射膜MBは、金属材料層であり、第1の反射面23aに対応する一様な厚みの第1の反射面部分MB1と第2の反射面23bに対応する一様な厚みの第2の反射面部分MB2とによって構成される。ここで、第1の反射面部分MB1の膜厚t1と第2の反射面部分MB2の膜厚t2とは、互いに異なる値となっている。これにより、第1及び第2の反射面23a,23bは、それぞれ必要な光反射率となっている。この第1の反射面部分MB1と第2の反射面部分MB2との膜厚の差は、既述のように、上記反射面形成工程での斜方蒸着において、蒸着源であるアルミ粒子の入射角度即ち図5(B)の矢印AWの方向を適宜調整することで生じさせることができる。ここでは、第1の反射面部分MB1の膜厚t1のほうが、第2の反射面部分MB2の膜厚t2よりも厚くなっている。これにより、第1の反射面23aの光反射率を第2の反射面23bの光反射率よりも高いものとしている。各膜厚t1,t2を調整することで、例えば、第1の反射面23aの光反射率を略100%とし、第2の反射面23bの光反射率を50%以上の所定値にすることができる。これにより、第1及び第2の反射面23a,23bは、一組の反射ユニット23cとして、例えば画像光GL2等の入射光の折り曲げに際して、入射光を所望の光反射率で反射させて折り曲げることができる。
FIG. 6 is an enlarged view for explaining the state of the reflective film MB formed by the reflective surface forming step shown in FIG. FIG. 6 shows an example of the state of the first and second reflecting
以上のように、本実施形態に係る導光板の製造方法によれば、鋸歯状部DTを有する樹脂基材50を予め準備し、反射面形成工程において、当該鋸歯状部DTを構成する溝DTaの適所に反射材を物理成膜して第1及び第2の反射面23a,23bを形成するので、樹脂基材50の溝DTa表面に安定して密着するように所望の光反射率となる第1及び第2の反射面23a,23bを形成でき、乱れの少ない画像光を導光板20の外側に効率的に取り出すことができる。また、反射面埋込工程において、反射膜MBを樹脂基材50と同一の屈折率を有する樹脂材料である保護層52で導光板20内部に埋め込むことによって、反射膜MBを保護でき、溝DTaによる凹凸を平滑化することができる。以上により、導光板20中の第1及び第2の反射面23a,23bを比較的簡易に良好な反射状態で形成できる。また、工程数を比較的少なく抑えることができ、簡易に導光板20を作製することができる。
As described above, according to the method of manufacturing the light guide plate according to the present embodiment, the
〔第2実施形態〕
以下、図7(A)等を参照して、第2実施形態に係る導光板の製造方法について説明する。なお、本実施形態に係る導光板の製造方法は、図5(A)等に示す第1実施形態の導光板20の製造方法の変形例であり、反射面形成工程や反射面埋込工程については、図5(B)〜5(F)に示す場合と同様であるので、溝形成工程のみについて説明し、以後の工程については、図示及び説明を省略する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, a method for manufacturing the light guide plate according to the second embodiment will be described with reference to FIG. The light guide plate manufacturing method according to the present embodiment is a modification of the
図7(A)に示すように、本実施形態に係る導光板の製造方法では、まず、透明樹脂である第1樹脂基材150a上に樹脂基材150aと同一の屈折率で、かつ、透光性の紫外線硬化性樹脂である第2樹脂基材150bを載置する(載置工程)。また、鋸歯状の型表面SSを有する押付け型PPを第2樹脂基材150bの上方に配置する(配置工程)。次に、図7(B)に示すように、上方に配置された押付け型PPを第2樹脂基材150bに対して所定の圧力で押し下げ、第2樹脂基材150b上に型表面SSの押付け(型転写)を行う(押付工程)。さらに、この状態で、第2樹脂基材150bの下方から紫外光UVを照射し、第2樹脂基材150bを硬化させる(紫外光照射工程)。第2樹脂基材150bが硬化した後、押付け型PPを第2樹脂基材150bから離型する(離型工程)。以上の工程を経ることにより、図7(C)に示すように、第1樹脂基材150aと第2樹脂基材150bとによって構成され、第2樹脂基材150b側の表面に鋸歯状部DTを有する樹脂基材150が形成される(溝形成工程)。
As shown in FIG. 7A, in the light guide plate manufacturing method according to the present embodiment, first, the first
上記溝形成工程において形成された樹脂基材150の鋸歯状部DT上に、第1実施形態の図5(B)〜5(F)に示す場合と同様にして、反射膜MBを成膜し(反射面形成工程)、さらに紫外線硬化性樹脂51の保護層52で反射膜MB即ち反射面23a,23bを埋める(反射面埋込工程)ことにより、画像取出部23を含む構造体60が形成され、延いては導光板20を作製することができる。
A reflective film MB is formed on the serrated portion DT of the
ここで、図7(D)を参照して、上記押付工程における押付け型PPについて説明する。押付け型PPは、結晶材料である単結晶シリコンを既存の半導体製造技術を利用して加工することによって得た転写型である。図7(D)に模式的に示すように、押付け型PPは、同一形状の多数の型部分PPaを配列して構成されている。各型部分PPaは、対向する主面SSa、SSbを有する平板であり、各端面SScは、2つの互いに平行な主面SSa、SSbに対して等角度で切り出された状態となっている。一対の主面SSa、SSbは、例えばウェットエッチング等の異方性エッチングを利用して形成されており、高い平坦性を有する平行面となっている。また、端面SScも、ウェットエッチング等の異方性エッチングを利用して形成されており、主面SSb等に対して精密に一定角度をなし、高い平坦性を有するものとなっている。押付け型PPは、各型部分PPaの主面SSaと当該型部分PPaに隣接する型部分PPaの主面SSbとを密着させて並べたものである。従って、押付け型PPの型表面SSは、複数の主面SSbの一部と端面SScとが交互に周期的に配列されたものである。これにより、型表面SSは、平坦度及び傾斜角に関して非常に形状精度が高い微細構造を有するものとなっている。しかもこの場合、シリコン及びその異方性エッチングの特性を利用することで、型表面SSの微細構造を構成する2つの面SSb,SSc間のエッジ角度が鋸歯状部DTを構成する各溝DTaのエッジ角度即ち反射ユニット23cを構成する反射面23a,23bのなす相対角度α(α=54.7°)に等しく設定されている。このように、単結晶シリコンを用いることで、型表面SSに形成された微細構造の形状精度を確保することができ、第1及び第2の平坦面123a,123bの平坦性、延いては第1及び第2の反射面23a,23bの表面の平坦性を高いものにすることができる。さらに、単結晶シリコンを用いることで、異方性エッチングにより形成される型表面SSのエッジ角度の値は、図3(A)等を用いて説明した反射ユニット23cを構成する反射面23a,23bのなす角度の最適値であるα=54.7°に一致したものとなる。
Here, with reference to FIG.7 (D), the pressing type PP in the said pressing process is demonstrated. The pressing type PP is a transfer type obtained by processing single crystal silicon, which is a crystalline material, using existing semiconductor manufacturing technology. As schematically shown in FIG. 7D, the pressing mold PP is configured by arranging a large number of mold parts PPa having the same shape. Each mold part PPa is a flat plate having opposing main surfaces SSa and SSb, and each end surface SSc is cut out at an equal angle with respect to two parallel main surfaces SSa and SSb. The pair of main surfaces SSa and SSb are formed using anisotropic etching such as wet etching, for example, and are parallel surfaces having high flatness. Further, the end surface SSc is also formed by using anisotropic etching such as wet etching, and has a constant angle with respect to the main surface SSb and the like, and has high flatness. The pressing mold PP is formed by aligning the main surface SSa of each mold part PPa and the main surface SSb of the mold part PPa adjacent to the mold part PPa. Accordingly, the mold surface SS of the pressing mold PP has a part of the plurality of main surfaces SSb and end surfaces SSc alternately and periodically arranged. Thereby, the mold surface SS has a fine structure with very high shape accuracy with respect to flatness and inclination angle. In addition, in this case, by utilizing the characteristics of silicon and its anisotropic etching, the edge angle between the two surfaces SSb and SSc constituting the fine structure of the mold surface SS is such that each groove DTa constituting the sawtooth portion DT is formed. It is set equal to the edge angle, that is, the relative angle α (α = 54.7 °) formed by the reflection surfaces 23a and 23b constituting the
本実施形態による導光板の製造方法においても、導光板20中の第1及び第2の反射面23a,23bの反射状態を良好に保ったものにできる。特に、本実施形態の場合、型の押付けにより構造体60等の作製工程にかかる時間を比較的短くし、迅速な作製が可能となる。また、本実施形態の場合、単結晶シリコンの異方性エッチングの特性を利用した押付け型PPを利用することで、所定角度をなす第1及び第2の反射面23a,23bを比較的簡易に非常に表面精度の高いものにすることができる。このように表面精度が高いことで、製造される導光板20から取り出される画像光は、ボケやフレアの抑制されたものとなる。
なお、押付け型PPは、単結晶シリコンを用いて形成するものに限らず、その全部又は一部を他の結晶、金属等によって形成したものとできる。
Also in the method of manufacturing the light guide plate according to the present embodiment, the reflection state of the first and second reflection surfaces 23a and 23b in the
Note that the pressing type PP is not limited to one formed using single crystal silicon, but can be formed entirely or partially from other crystals, metals, or the like.
〔第3実施形態〕
以下、図8を参照して、第3実施形態に係る導光板の製造方法について説明する。なお、本実施形態に係る導光板の製造方法は、図5(A)等に示す第1実施形態等の導光板20の製造方法の変形例であり、反射面形成工程や反射面埋込工程については、図5(B)〜5(F)に示す場合と同様であるので、溝形成工程のみについて説明し、以後の工程については、図示及び説明を省略する。なお、図8は、簡略化のため、一部を省略している。
[Third Embodiment]
Hereinafter, with reference to FIG. 8, the manufacturing method of the light-guide plate which concerns on 3rd Embodiment is demonstrated. The light guide plate manufacturing method according to the present embodiment is a modification of the
図8に示すように、本実施形態に係る導光板の製造方法では、まず、例えば画像取出部23の鋸歯状部DTや導光板本体20aの導光部22(図1(A)等参照)等となるべき母材部分を、透光性樹脂部材120aとして一体的に形成する。このため、まず透光性樹脂部材120aを射出成形により一体的に形成するための1組の金属型である第1及び第2金属型MP1,MP2を準備する(型準備工程)。
As shown in FIG. 8, in the light guide plate manufacturing method according to the present embodiment, first, for example, the sawtooth portion DT of the
ここで、一組の金属型MP1,MP2のうち、金属型MP1は、転写面の一部として、画像取出部23の第1及び第2の反射面23a,23bを形成するための鋸歯状の型表面SSを有している。この型表面SSは、図7(A)に示す押付け型PPの型表面SSと同様の形状を有するものである。
Here, of the set of metal molds MP1 and MP2, the metal mold MP1 has a sawtooth shape for forming the first and second reflection surfaces 23a and 23b of the
一対の射出成形型である金属型MP1,MP2が適度に加熱されるとともに型合わされ型締めされる(型空間形成工程)。その後、一対の金属型MP1,MP2間に形成された型空間内に透光性樹脂部材120aとなるべき樹脂材料が所定の温度で軟化された状態で注入され、注入された透光性樹脂が加圧される(射出工程)。その後の冷却及び離型により、一対の金属型MP1,MP2間から硬化した透光性樹脂部材120aが取り出される(離型工程)。以上により成形された透光性樹脂部材120a上には、金属型MP1の型表面SSによって鋸歯状部DTが形成される(溝形成工程)。つまり、透光性樹脂部材120aは、図5(A)に示すような鋸歯状部DTを設けた樹脂基材50と同等のものとなっている。
The metal molds MP1 and MP2, which are a pair of injection molds, are heated moderately and matched and clamped (mold space forming step). Thereafter, a resin material to be the
なお、透光性樹脂部材120aは、鋸歯状部DTを含んでいれば、図1(A)の導光板本体部20a全体を含むものでなく、そのうちの一部を構成するものであってもよい。例えば、導光板本体部20aのうち入射光折曲部21を形成するための斜面RSを有するプリズム部分について、別途三角プリズムを作製した後、接着等によって取り付けるものとしてもよい。
The
また、金属型MP1の型表面SSは、第2実施形態の押付け型PPの型表面SSの場合と同様に、単結晶シリコンを異方性エッチングにより形成される型を一部に組み込んだものとすることで、所望の形状にできる。 In addition, the mold surface SS of the metal mold MP1 is obtained by incorporating a mold formed by anisotropic etching of single crystal silicon in the same manner as the mold surface SS of the pressing mold PP of the second embodiment. By doing so, a desired shape can be obtained.
以上の説明では、透光性樹脂部材120aが熱可塑性樹脂であることを前提としているが、透光性樹脂部材120aを熱硬化性樹脂や光硬化樹脂で形成することもできる。
In the above description, it is assumed that the
本実施形態による導光板の製造方法においても、導光板20中の第1及び第2の反射面23a,23bの反射状態を良好に保ったものにできる。特に、本実施形態の場合、射出成形により、比較的簡易に精度の高い第1及び第2の反射面23a,23bを有する導光板20を迅速に作製することが可能となる。また、本実施形態の場合、鋸歯状部DTのみならず、例えば導光部22の平坦部分である全反射面22a,22b、入口の斜面RS等についても、簡易に一体的に透光性樹脂部材120aとして形成することが可能である。
Also in the method of manufacturing the light guide plate according to the present embodiment, the reflection state of the first and second reflection surfaces 23a and 23b in the
〔その他〕
以上各実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
[Others]
Although the present invention has been described with reference to each embodiment, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in various modes without departing from the spirit of the present invention. The following modifications are possible.
まず、鋸歯状部DTは、構成する第1及び第2の平坦面123a,123bの双方に、反射面として第1及び第2の反射面23a,23bをそれぞれ形成するものとしているが、反射面は、第1及び第2の平坦面123a,123bのいずれか一方にのみ施されるものとしてもよい。例えば、第2の平坦面123bのみに反射面を形成するものとしてもよい。この場合、第1の平坦面123aは、同一の屈折率材料で埋め込まれるため、反射面としては機能しない。従って、この場合、形成される画像取出部23の反射面は、第2の反射面23bのみとなる。つまり、画像取出部23は、従来型の1種類の反射面のみによって画像光の取出しを行う構成となる。また、反射膜MBの膜厚を一定にして、第1及び第2の反射面23a,23bを同じ特性にすることもできる。
なお、反射膜MBについては、真空蒸着法に限らず、イオンプレーティング、スパッタリング、CVD等の様々な蒸着法で成膜することができる。
First, the sawtooth portion DT forms the first and second reflecting
Note that the reflective film MB can be formed not only by the vacuum vapor deposition method but also by various vapor deposition methods such as ion plating, sputtering, and CVD.
反射膜MBは、アルミ等の金属膜に限らず、1層又は複数層の誘電体膜とすることもできる。 The reflective film MB is not limited to a metal film such as aluminum, but may be a single-layer or multi-layer dielectric film.
また、上記の説明では、反射膜MBを保護する保護層として、樹脂材料に紫外線硬化性樹脂を用いているが、これに代えて、熱硬化性樹脂や熱重合性樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂の場合、紫外光UVによる処理に代えて熱処理により樹脂を硬化させることで、硬化後の光透過性の樹脂を反射膜MBの保護層として機能させることができる。熱硬化性樹脂や熱重合性樹脂として、例えば、チオウレタン系やエピスルフィド系の樹脂を用いることで、屈折率をn=1.6〜1.8程度まで大きくすることができる。 In the above description, an ultraviolet curable resin is used as the resin material as the protective layer for protecting the reflective film MB, but a thermosetting resin or a thermopolymerizable resin can be used instead. In the case of a thermosetting resin, the cured resin is allowed to function as a protective layer of the reflective film MB by curing the resin by heat treatment instead of the treatment with ultraviolet light UV. By using, for example, a thiourethane or episulfide resin as the thermosetting resin or the thermopolymerizable resin, the refractive index can be increased to about n = 1.6 to 1.8.
上記の説明では、画像取出部23を構成する反射ユニット23cの配列のピッチPTについては、各第1の反射面23a間において全て同一となっている場合に限らず、各ピッチPTにある程度の差異がある場合も含むものとする。
In the above description, the pitch PT of the arrangement of the
上記の説明では、画像表示素子として、透過型の液晶デバイス11を用いているが、画像表示素子としては、透過型の液晶デバイスに限らず種々のものを利用可能である。例えば、反射型の液晶パネルを用いた構成も可能であり、液晶デバイス11に代えてデジタル・マイクロミラー・デバイス等を用いることもできる。また、有機EL、LEDアレイや有機LEDなどに代表される自発光型素子用いた構成も可能である。さらに、レーザー光源とポリゴンミラーその他のスキャナとを組みあわせたレーザスキャナを用いた構成も可能である。
In the above description, the transmissive
上記の説明では、虚像表示装置100は、右眼及び左眼の双方に対応して、一組ずつ画像形成装置10及び導光板20設ける構成としているが、右眼又は左眼のいずれか一方に対してのみ画像形成装置10と導光板20とを設け画像を片眼視する構成にしてもよい。
In the above description, the virtual
上記の説明では、シースルー型の虚像表示装置について説明しているが、画像取出部23は、シースルー型以外の虚像表示装置についても適用可能である。なお、外界像を観察させる必要がない場合、第1及び第2の反射面23a,23b双方の光反射率を略100%することが可能である。
In the above description, a see-through type virtual image display device is described, but the
上記の説明では、実施形態の虚像表示装置100がヘッドマウントディスプレイであるとして具体的な説明を行ったが、実施形態の虚像表示装置100は、ヘッドアップディスプレイに改変することもできる。
In the above description, the virtual
上記の説明では、第1及び第2の全反射面22a,22bにおいて、表面上にミラーやハーフミラー等を施すことなく空気との界面により画像光を全反射させて導くものとしているが、本願発明における全反射については、第1及び第2の全反射面22a,22b上の全体又は一部にミラーコートや、ハーフミラー膜が形成されてなされる反射も含むものとする。例えば、画像光の入射角度が全反射条件を満たした上で、全反射面22a,22bの全体又は一部にミラーコート等が施され、実質的に全ての画像光を反射する場合も含まれる。また、十分な明るさの画像光を得られるのであれば、多少透過性のあるミラーによって全反射面22a,22bの全体又は一部がコートされていてもよい。 In the above description, in the first and second total reflection surfaces 22a and 22b, image light is totally reflected and guided by the interface with air without applying a mirror, a half mirror, or the like on the surface. The total reflection in the present invention includes reflection formed by forming a mirror coat or a half mirror film on the whole or a part of the first and second total reflection surfaces 22a and 22b. For example, the case where the incident angle of the image light satisfies the total reflection condition and the whole or a part of the total reflection surfaces 22a and 22b is subjected to mirror coating or the like to reflect substantially all the image light is included. . Moreover, as long as image light with sufficient brightness can be obtained, the whole or a part of the total reflection surfaces 22a and 22b may be coated with a somewhat transmissive mirror.
また、上記では、図1(A)等において、導光板20の全体的な外観は、YZ面に平行に延びる平板としているが、画像光を伝達するための伝達部である光入射面ISから画像取出部23までの間以外については、平板ではなく、厚みが異なっていたり、曲面になったりする形状とすることも可能性である。
In the above description, in FIG. 1A and the like, the overall appearance of the
また、上記では、導光板20及びこれに含まれる構造体60の部分が虚像表示装置100において最外側に露出する場合、構造体60の保護層52表面とそれ以外の導光板20の面とを平坦化するものとしているが、例えば導光板20にカバーを付ける場合のように、導光板20等が最外側に露出しない場合には、必ずしも平坦化されている必要はなく、反射面形成工程において表面に多少の段差があっても許容できる。
In the above description, when the
また、上記では、光入射面ISをYZ面に平行な平面上に目の左右側に位置するように形成しているが、画像光を導光板20内に適切に導くことができれば、光入射面ISの位置はこれに限らず、例えば導光板20の上部側や下部側である上端面TPや下端面BPの一部等に設けることも可能である。
In the above, the light incident surface IS is formed so as to be positioned on the left and right sides of the eye on a plane parallel to the YZ plane. However, if the image light can be properly guided into the
以上では触れていないが、導光部22において外形を画定する外周部のうち上端面TPや下端面BP等を黒色塗料塗布面やサンドブラスト加工面とすることができる。さらに、上端面TPや下端面BP以外の箇所に黒色塗装塗布やサンドブラスト加工を施してもよい。また、逆に、上端面TPや下端面BP等の一部にのみ黒色塗装やサンドブラスト加工を施すものとしてもよい。
Although not mentioned above, the upper end surface TP, the lower end surface BP, and the like of the outer peripheral portion that defines the outer shape of the
10…画像形成装置、 20…導光板、 20a…導光板本体部、 21…入射光折曲部、 22…導光部、 22a,22b…全反射面、 23…画像取出部、 23a,23b…反射面部分、 23c…反射ユニット、 100…虚像表示装置、 50、150…樹脂基材、 51…紫外線硬化性樹脂、 123a,123b…平坦面、 DT…鋸歯状部、 MB…反射膜、 60…構造体、 PP…押付け型、 SS…型表面、 IS…光入射面、 OS…光射出面、 EY…眼、 PT…ピッチ、 RS…入射光反射面、 GL1,GL2,GL3…画像光
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記溝形成工程において形成された前記鋸歯状部のうち前記第1及び第2の平坦面の少なくとも一方に反射材を蒸着法で成膜することにより、導光板内部で全反射させて導いた光を外部へ取り出すとともに、観察者に外界象を観察させるための反射面を形成する反射面形成工程と、
前記樹脂基材と同一の屈折率の塗布樹脂材料により、前記反射面形成工程で形成された前記反射面を埋め、前記2面のうちの他方の面と対向して平行な表面を形成し、前記他方の面と前記一方の面及び前記他方の面と対向して平行な表面のいずれか一方の面とによって内部に入射した光を全反射させて導光する導光部と画像取出部とが一体化された構造体を形成する反射面埋込工程と、
を有する導光板の製造方法。 A V-shaped groove having a first flat surface and a second flat surface on one of the two surfaces as part of a resin base material for a light guide plate having two parallel surfaces facing each other A groove forming step for forming a plurality of serrated portions,
The light guided by being totally reflected inside the light guide plate by depositing a reflective material on at least one of the first and second flat surfaces of the sawtooth portion formed in the groove forming step by vapor deposition. A reflection surface forming step of forming a reflection surface for allowing an observer to observe an external world image,
The coating resin material having the same refractive index as that of the resin base material fills the reflection surface formed in the reflection surface formation step, and forms a parallel surface opposite the other surface of the two surfaces. A light guide unit and an image extraction unit configured to totally reflect and guide light incident on the other surface, the one surface, and any one of the surfaces facing and parallel to the other surface; a reflecting surface embedded process but you form an integral structure,
The manufacturing method of the light-guide plate which has this.
前記鋸歯状部の前記第1の平坦面上と第2の平坦面上とに対応して、第1の反射面部分と第2の反射面部分とを有する反射部と、
前記樹脂基材と同一の屈折率の塗布樹脂材料で構成され、前記2面のうちの他方の面と対向して平行な表面を有し、前記樹脂基材とともに前記反射部を挟持して保護する保護層と、
を備え、
前記第1の反射面部分及び前記第2の反射面部分の少なくとも一方は、導光板内部で全反射させて導いた光を外部へ取り出すとともに、観察者に外界象を観察させるための反射膜であり、
前記他方の面と、前記一方の面及び前記他方の面と対向して平行な表面のいずれか一方の面とにより、内部に入射した光を全反射させて導光する導光部を有する導光板。 A sawtooth portion in which a plurality of V-shaped grooves having two parallel surfaces facing each other and a first flat surface and a second flat surface formed on one of the two surfaces are continuous. Having a resin substrate;
A reflective portion having a first reflective surface portion and a second reflective surface portion corresponding to the first flat surface and the second flat surface of the serrated portion,
Consists of a coating resin material having the same refractive index as that of the resin base material , has a parallel surface facing the other of the two surfaces, and protects by sandwiching the reflective portion together with the resin base material A protective layer to
With
At least one of the first reflection surface portion and the second reflection surface portion is a reflection film for taking out light guided by total reflection inside the light guide plate to the outside and for allowing an observer to observe an external world image. Oh it is,
There is a light guide unit that totally reflects and guides light incident on the other surface and any one of the one surface and the surface parallel to the one surface and the other surface. Light guide plate.
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