JP6665566B2 - 導光板及び表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、導光板及びこれを備えた表示装置に関する。

従来、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）等の映像源で表示された映像光を、光学系を介して観察者に観察させる頭部装着型の表示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この頭部装着型の表示装置は、映像源で表示された映像光を、導光板によって観察者の眼に対応する位置まで導光して、観察者側へ反射させている。これにより、観察者は、導光板の端部（眼に対応する位置）において、映像光により形成された映像を観察することができる。
上述した頭部装着型の表示装置においては、観察者がより大きな映像を観察できるようにするため、導光板における映像光の入光範囲をより大きくすることが求められている。

特表２０１１−５０９４１７号公報

本発明の課題は、映像光の入光範囲をより大きくした導光板及び表示装置を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されない。
・第１の発明は、映像光を導光方向に全反射する第１全反射面（１２１）と、前記第１全反射面と対向する位置に設けられ、映像光を導光方向に全反射する第２全反射面（１２２）と、前記第１全反射面に対して傾斜して設けられ、前記第１全反射面と交差する方向から入光した映像光を、前記第１全反射面の垂線に対して臨界角以上の角度で前記第１全反射面側に反射する反射面（１２０）とを備えた導光板（２０）であって、前記反射面の一部は、前記第２全反射面よりも外側に位置していることを特徴とする導光板である。
・第２の発明は、第１の発明の導光板（２０）において、前記第１全反射面（１２１）が形成された第１導光層（２０１）と、前記第２全反射面（１２２）及び前記反射面（１２０）が形成された第２導光層（２０２）と、を備え、前記第１導光層の層厚をｔｈ１、前記第２導光層の層厚をｔｈ２、前記反射面において最も前記第１全反射面に近い位置から入光する映像光が前記第１全反射面に入射する角度をθ、前記第１全反射面の垂線方向における前記反射面の幅をＷとした場合に、Ｗ＞ｔａｎθ×（２×ｔｈ１＋ｔｈ２）を満たすことを特徴とする導光板である。
・第３の発明は、第１又は第２の発明の導光板（２０）において、第１傾斜面（３０ａ）及び第２傾斜面（３０ｂ）を有する単位光学形状部（３０）が複数配列された第１光学形状層（２２）と、前記第１光学形状層の前記単位光学形状部が設けられた側の面に積層される第２光学形状層（２３）と、前記第１傾斜面の少なくとも一部に形成され、入射した光の一部を反射し、その他を透過する反射層（２５）と、を備えることを特徴とする導光板である。
・第４の発明は、第１から第３までのいずれかの発明の導光板（２０）と、前記導光板に映像光を投射する映像源（１０）と、を備える表示装置（１）である。

本発明によれば、映像光の入光範囲をより大きくした導光板及び表示装置を提供することができる。

実施形態の頭部装着型の表示装置１を説明する図である。 実施形態の導光板２０の詳細を説明する図である。 実施形態の導光板２０の製造方法を説明する図である。 実施形態の導光板２０の製造方法を説明する図である。 比較例及び実施形態の導光板における映像光の入光範囲を説明する図である。 変形形態の導光板２０Ａを説明する図である。

以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、図１を含め、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするため、適宜に誇張している。
本明細書中に記載する各部材の寸法等の数値及び材料名等は、実施形態としての一例であり、これに限定されるものではなく、適宜に選択して使用してよい。
本明細書中において、形状や幾何学的条件を特定する用語、例えば、平行や直交等の用語については、厳密に意味するところに加え、同様の光学的機能を奏し、平行や直交と見なせる程度の誤差を有する状態も含むものとする。

図１は、本実施形態の頭部装着型の表示装置１を説明する図である。図１は、使用状態の表示装置１を鉛直方向の上方から見た図である。
なお、以下の説明においては、理解を容易にするために、観察者が頭部に表示装置１を装着した状態における鉛直方向をＺ方向とし、水平方向をＸ方向及びＹ方向とする。また、この水平方向のうち、導光板２０に入光した映像光の導光方向（導光板２０の左右方向）をＸ方向とし、それに直交する方向（導光板２０の厚み方向）をＹ方向とする。また、Ｙ方向のうち、−Ｙ側を観察者側とし、＋Ｙ側を背面側とする。

表示装置１は、観察者が頭部に装着し、観察者の眼前に映像を表示する、いわゆるヘッドマウントディスプレイである。本実施形態の表示装置１は、例えば、メガネフレーム（不図示）の内側に配置される。
表示装置１は、映像源１０と、導光板２０と、を備える。表示装置１は、観察者がメガネフレームを頭部に装着することによって、映像源１０に表示された映像を、導光板２０を介して観察者に視認させることができる。具体的には、表示装置１は、映像源１０で形成された映像光Ｌを導光板２０へ入光させ、導光板２０内において＋Ｘ方向に導光する。そして、表示装置１は、導光方向に直交する−Ｙ方向に反射して、表示装置１を頭部に装着した観察者の眼Ｅの前に映像を表示する。
また、表示装置１は、導光板２０に入光した外界から光の一部を観察者側に透過させて、映像と外界の光とを重ねて見せる、いわゆるシースルー機能を備えている。

映像源１０は、ディスプレイ１１と、投射光学系１２と、を備える。
ディスプレイ１１は、映像光を表示するマイクロディスプレイであり、例えば、透過型の液晶表示デバイス、反射型の液晶表示デバイス、有機ＥＬ等が使用される。具体的には、ディスプレイ１１として、例えば、対角が１インチ以下のマイクロディスプレイが使用される。

投射光学系１２は、映像源１０から出射された映像光Ｌを導光板２０に向けて投射する複数のレンズ群から構成される光学系である。図１では、投射光学系１２を構成する複数のレンズ群を１枚のレンズとして模式的に図示している。
なお、図１では、映像源１０から入光する映像光Ｌを１本の光線として図示しているが、映像光Ｌは、縦横に所定の大きさを有する画像として投射される。また、以下の説明においては、映像光Ｌ１、Ｌ２（後述）を総称して映像光Ｌともいう。

導光板２０は、光を導光する略平板状の透明な光学部材である。本実施形態の導光板２０は、鉛直方向（Ｚ方向）から見た形状が略台形形状に形成されている。導光板２０は、第１導光層２０１と、第２導光層２０２と、を備える。第１導光層２０１は、第１全反射面１２１が形成された層である。第２導光層２０２は、反射面１２０及び第２全反射面１２２が形成された層である。以下、反射面１２０、第１全反射面１２１、第２全反射面１２２の順に説明する。

反射面１２０は、映像光Ｌを第１全反射面１２１側に反射させる面である。反射面１２０は、導光板２０の−Ｘ側の端部において、第１全反射面１２１及び第２全反射面１２２に対して所定の角度で傾斜している。反射面１２０は、基材部２６（後述）の−Ｘ側の端部に形成され、外表面に形成された反射膜２７により映像光Ｌを反射する。導光板２０内に入光した映像光Ｌは、反射膜２７において第１全反射面１２１側に反射する。

反射膜２７は、光反射性の高い金属、例えば、アルミニウム、銀、ニッケル等により形成される。本実施形態において、反射膜２７は、アルミニウムを蒸着することにより形成されている。なお、これに限らず反射膜２７は、光反射性の高い金属をスパッタリングしたり、金属箔を転写したり、金属薄膜を含有した塗料を塗布したりする等により形成してもよい。また、反射膜２７として、酸化チタン、酸化シリコン、ニオブ、タンタル、フッ化マグネシウム等を複数積層した誘電体多層膜を形成してもよい。誘電体多層膜は、屈折率の高い誘電体膜と屈折率の低い誘電体膜とを交互に積層した膜である。

反射面１２０は、反射膜２７で反射した映像光Ｌを第１全反射面１２１において全反射させるために、第１全反射面１２１に対して２５°〜３０°の範囲で傾斜している。即ち、反射面１２０は、第１全反射面１２１と直交する方向から入光した映像光Ｌが、第１全反射面１２１において全反射する角度となるように、２５°〜３０°の範囲で形成されている。

本実施形態の反射面１２０は、第１反射面１２０ａと、第２反射面１２０ｂと、から構成される。
第１反射面１２０ａは、導光板２０の−Ｘ側の端部に形成されている。第１反射面１２０ａは、第１全反射面１２１と直交する方向から入光した映像光Ｌを、第１全反射面１２１の垂線（不図示）に対して臨界角以上の角度で反射する面である。ここで、第１全反射面１２１の垂線に対して臨界角以上の角度とは、第１全反射面１２１に入射した映像光Ｌが導光方向（Ｘ方向）に全反射する角度である。

第２反射面１２０ｂは、第２全反射面１２２よりも外側に位置している。具体的には、第２反射面１２０ｂは、第２全反射面１２２から観察者側（−Ｙ側）に突出して形成されている。第２反射面１２０ｂは、第１全反射面１２１と直交する方向から入光した映像光Ｌの一部を、第１全反射面１２１の垂線（不図示）に対して臨界角以上の角度で反射する面である。即ち、第１反射面１２０ａが、第１全反射面１２１と直交する方向から入光した映像光Ｌのすべてを第１全反射面１２１に反射するのに対して、第２反射面１２０ｂは、第１全反射面１２１と直交する方向から入光した映像光Ｌの一部を、第１全反射面１２１に反射する。

本実施形態の導光板２０において、第１反射面１２０ａ及び第２反射面１２０ｂは、基材部２６（後述）において一体に形成され、第１全反射面１２１に対して同一の角度で傾斜している。また、反射膜２７は、一体に形成された第１反射面１２０ａ及び第２反射面１２０ｂの全面を覆うように形成されている。

第１全反射面１２１は、導光板２０を形成する面のうちＸＺ平面に平行であって、背面側（＋Ｙ側）に位置する面である。第１全反射面１２１は、反射面１２０によって反射した映像光Ｌを第２全反射面１２２側に向けて全反射させる。第１全反射面１２１は、その−Ｘ側の端部が、映像源１０から投射された映像光Ｌを入光する入光面となる。

第２全反射面１２２は、導光板２０を形成する面のうち、ＸＺ平面に平行であって、観察者側（−Ｙ側）に位置する面である。第２全反射面１２２と第１全反射面１２１は、導光板２０の厚み方向（Ｙ方向）において平行に形成されている。第２全反射面１２２は、第１全反射面１２１において全反射した映像光Ｌを、第１全反射面１２１側に向けて全反射させる。また、第２全反射面１２２は、＋Ｘ側の端部が、単位光学形状部３０及び出光側単位光学形状部３１（後述）において反射した映像光Ｌを導光板２０外へ出光する出光面となる。

上記構成において、反射面１２０で反射した映像光Ｌは、第１全反射面１２１で全反射する角度で導光される。第１全反射面１２１及び第２全反射面１２２は、導光板２０の厚み方向（Ｙ方向）において平行であるため、映像光Ｌは、第１全反射面１２１及び第２全反射面１２２の間で全反射を繰り返しながら、導光板２０内のＸ方向（導光方向）に導光される。なお、導光板２０に入光した映像光Ｌの光路については、後述する。

次に、導光板２０の層構成について説明する。
図２は、本実施形態の導光板２０の詳細を説明する図である。図２は、図１のａ部の詳細を示している。
図２に示すように、導光板２０は、観察者側（−Ｙ側）から順に、基材部２６、接合層２４、第２光学形状層２３、第１光学形状層２２及び基材部２１が積層されている。

基材部２１及び基材部２６は、導光板２０の基礎となる平板状の部材であり、例えば、光透過性の高いアクリル樹脂、スチレン樹脂、アクリルスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、脂環式ポリオレフィン樹脂等から形成されている。
基材部２１は、導光板２０の最も背面側に設けられた層であり、その背面側（＋Ｙ側）の面が第１全反射面１２１となる。基材部２１は、第１光学形状層２２の基礎となる基材であり、その厚みｓ１は、後述する単位光学形状部３０の深さｄ１及びｄ２に合わせて、１０μｍ≦ｓ１≦１００μｍの範囲で形成されることが望ましい。基材部２１の背面側の面は、入射する光の拡散を抑制する観点から平滑（例えば、６０度の光沢度で９０以上）に形成されるのが望ましい。

基材部２６は、導光板２０の最も観察者側に設けられた層であり、その観察者側（−Ｙ側）の面が、第２全反射面１２２となる。基材部２６は、第２光学形状層２３の背面側に接合層２４を介して接合される。基材部２６は、導光板２０の全体の厚みを調整するとともに、導光板２０に所定の剛性を持たせる基材である。また、基材部２６の−Ｘ側の端部には、反射面１２０（図１参照）が形成される。

基材部２６の厚みｓ２は、２ｍｍ≦ｓ２≦３ｍｍの範囲で形成されることが好ましい。厚みｓ２が２ｍｍ未満である場合、導光板２０の剛性が低下したり、導光板２０の出光面に表示される画面が小さくなりすぎたりするため望ましくない。また、厚みｓ２が３ｍｍを超える場合、導光板２０の重量が増し、表示装置１を装着する観察者の負荷となるため望ましくない。
基材部２６の観察者側の面は、光の拡散を抑制する観点から平滑（例えば、６０度の光沢度で９０以上）に形成されるのが望ましい。

第１光学形状層２２は、基材部２１の観察者側（−Ｙ側）の面に設けられる層である。第１光学形状層２２としては、光透過性の高いウレタンアクリレート系、ポリエステルアクリレート系、エポキシアクリレート系、ポリエーテルアクリレート系、ポリチオール系、ブタジエンアクリレート系等の紫外線硬化樹脂が用いられる。第１光学形状層２２の屈折率は、上述の基材部２１、基材部２６と同等の屈折率であることが望ましい。なお、本実施形態では、導光板２０を形成する樹脂として、紫外線硬化樹脂を例に挙げて説明するが、これに限定されない。導光板２０を形成する樹脂は、例えば、電子線硬化樹脂であってもよい。

第１光学形状層２２は、図１及び図２に示すように、その観察者側（−Ｙ側）の面であって、＋Ｘ側の端部近傍に、単位光学形状部３０が複数設けられている。
単位光学形状部３０は、鉛直方向（Ｚ方向）に延在し、映像光Ｌの導光方向（Ｘ方向）に沿って複数配列されている。また、単位光学形状部３０は、映像光Ｌが出光する方向（導光板２０の厚み方向、Ｙ方向）に平行、且つ、単位光学形状部３０の配列方向（Ｘ方向）に平行な断面（ＸＹ面）における形状が三角形状（プリズム形状）に形成されている。単位光学形状部３０は、第１傾斜面３０ａと、第２傾斜面３０ｂと、から構成される。

第１傾斜面３０ａは、第２全反射面１２２で全反射した映像光Ｌが直接入射する面である。第１傾斜面３０ａは、出光面（第２全反射面１２２、第２光学形状層２３の観察者側の面）に対して傾斜しており、その＋Ｘ側の端部が、−Ｘ側の端部よりも観察者（出光）側（−Ｙ側）に位置している。
また、第１傾斜面３０ａ上の全面、即ち、第１傾斜面３０ａ及び第３傾斜面３１ａ（後述）間の全体には、反射層２５が形成されている。

第２傾斜面３０ｂは、第２全反射面１２２で全反射した映像光Ｌが直接入射しない面である。第２傾斜面３０ｂは、第１傾斜面３０ａよりも映像光Ｌの進行する側（＋Ｘ側）に、第１傾斜面３０ａと対向して設けられている。第２傾斜面３０ｂは、出光面（第２全反射面１２２、第２光学形状層２３の観察者側の面）に対して傾斜しており、その＋Ｘ側の端部が、−Ｘ側の端部よりも背面側（＋Ｙ側）に位置している。

第２光学形状層２３は、第１光学形状層２２の単位光学形状部３０側（観察者側）の面に設けられた層である。第２光学形状層２３は、第１光学形状層２２の観察者側（−Ｙ側）の面を平坦にするために設けられている。第２光学形状層２３としては、先に説明した第１光学形状層２２と同じ紫外線硬化樹脂が用いられる。第２光学形状層２３の屈折率は、第１光学形状層２２と同等であることが望ましい。

第２光学形状層２３の観察者側の面は、接合層２４を介して基材部２６に接合される面である。また、この面は、第２光学形状層２３から基材部２６へ通過する光の出光面となる。第２光学形状層２３の出光面は、導光板２０の第２全反射面１２２（出光面、ＸＺ平面）と平行である。
第２光学形状層２３は、第１光学形状層２２と対向する面（背面、＋Ｙ側の面）に上述の単位光学形状部３０と対応する形状の出光側単位光学形状部３１が形成されている。

出光側単位光学形状部３１は、鉛直方向（Ｚ方向）に延在し、映像光Ｌの導光方向（Ｘ方向）に沿って複数配列されている。出光側単位光学形状部３１は、映像光Ｌが出光する方向（導光板２０の厚み方向、Ｙ方向）に平行、且つ、出光側単位光学形状部３１の配列方向（Ｘ方向）に平行な断面（ＸＹ面）における形状が三角形状（プリズム形状）に形成されている。出光側単位光学形状部３１は、第３傾斜面３１ａと、第４傾斜面３１ｂと、から構成される。
本実施形態において、出光側単位光学形状部３１及び単位光学形状部３０は、上記断面において、同様の形状に形成されている。

第３傾斜面３１ａは、第２全反射面１２２で全反射した映像光Ｌが直接入射する面である。第３傾斜面３１ａは、出光面（第２全反射面１２２、第２光学形状層２３の観察者側の面）に対して傾斜しており、その＋Ｘ側の端部が、−Ｘ側の端部よりも観察者（出光）側（−Ｙ側）に位置している。第３傾斜面３１ａは、単位光学形状部３０の第１傾斜面３０ａに対向しており、その第１傾斜面３０ａと平行な面である。上述したように、第３傾斜面３１ａ及び第１傾斜面３０ａ間には、反射層２５が設けられている。

第４傾斜面３１ｂは、第２全反射面１２２で全反射した映像光Ｌが直接入射しない面である。第４傾斜面３１ｂは、第３傾斜面３１ａよりも映像源側（−Ｘ側）に、第３傾斜面と対向して設けられている。第４傾斜面３１ｂは、出光面（第２全反射面１２２、第２光学形状層２３の観察者側の面）に対して傾斜しており、その＋Ｘ側の端部が、−Ｘ側の端部よりも背面側（＋Ｙ側）に位置している。第４傾斜面３１ｂは、単位光学形状部３０の第２傾斜面３０ｂに対向しており、第２傾斜面３０ｂと平行な面である。第４傾斜面３１ｂは、上述した第２傾斜面３０ｂに密着している。

ここで、第１傾斜面３０ａ及び第３傾斜面３１ａが、第１全反射面１２１に平行な面（ＸＺ平面）と交差する角度は、αである。第２傾斜面３０ｂ及び第４傾斜面３１ｂが、第２全反射面１２２（出光面）に平行な面（ＸＺ平面）と交差する角度は、βである。単位光学形状部３０及び出光側単位光学形状部３１の配列ピッチは、Ｐである。単位光学形状部３０の高さ（導光板２０の厚み方向（Ｙ方向）における単位光学形状部３０の頂部ｔ１から単位光学形状部３０間の谷部ｖ１までの寸法）は、ｈ１である。出光側単位光学形状部３１の高さ（導光板２０の厚み方向（Ｙ方向）における出光側単位光学形状部３１の頂部ｔ２から出光側単位光学形状部３１間の谷部ｖ２までの寸法）は、ｈ２である。本実施形態において、ｈ１＝ｈ２である。

なお、本実施形態では、配列ピッチＰが第１傾斜面３０ａ及び第３傾斜面３１ａの配列方向（Ｘ方向）における幅寸法と同等である例について説明するが、これに限らず、各傾斜面の幅寸法よりも大きくなるようにしてもよい。

本実施形態の単位光学形状部３０及び出光側単位光学形状部３１は、配列ピッチＰ等が一定で、角度αが映像光Ｌの進行する側（＋Ｘ側）へ向かうにつれて次第に大きくなり、また、それに伴い高さｈ１、ｈ２も大きくなる例について説明するが、これに限定されない。例えば、配列ピッチＰ、角度α、角度β、高さｈ１、ｈ２が一定に形成されるようにしてもよい。

接合層２４は、基材部２６及び第２光学形状層２３を接合する粘着剤である。接合層２４は、基材部２６及び第２光学形状層２３間を透過する映像光Ｌが屈折しないような材料であることが好ましい。そのため、上述した層と同等の屈折率を有する材料、例えば、光透過性の高いウレタンアクリレート樹脂、エポキシアクリレート樹脂、アクリル系粘着剤、シリコン系粘着剤等により形成されている。

反射層２５は、入射した光の一部を反射し、その他を透過する半透過型の反射層、いわゆるハーフミラーである。反射層２５の反射率と透過率の割合は、適宜に設定できるが、映像光Ｌを良好に反射させるとともに、外界の光を良好に透過させる観点から、透過率が４０〜６０％の範囲であることが望ましい。本実施形態の反射層２５は、反射率及び透過率がともに５０％のハーフミラー状に形成されている。

反射層２５は、第１傾斜面３０ａの面上、即ち第１傾斜面３０ａ及び第３傾斜面３１ａ間に光反射性の高い金属、例えば、アルミニウム、銀、ニッケル等により形成されている。本実施形態において、反射層２５は、アルミニウムを蒸着することにより形成されている。また、これに限らず反射層２５は、光反射性の高い金属をスパッタリングしたり、金属箔を転写したり、金属薄膜を含有した塗料を塗布したりする等により形成されてもよい。
本実施形態の反射層２５は、アルミニウムの蒸着によって約１００Åの厚みに形成されているが、光の反射率及び透過率を上述の好ましい範囲に設定できれば、その材料等に応じて厚さを自由に設定できる。

ここで、単位光学形状部３０及び出光側単位光学形状部３１において、映像光Ｌを効率良く反射して導光板２０から出光させるためのパラメータについて例示する。
単位光学形状部３０において、第１傾斜面３０ａ及び第３傾斜面３１ａの角度αは、２５°≦α≦４０°の範囲に形成されることが望ましい。
出光側単位光学形状部３１において、第２傾斜面３０ｂ及び第４傾斜面３１ｂの角度βは、８０°≦β≦９０°の範囲に形成されることが望ましい。
単位光学形状部３０の高さｈ１及び出光側単位光学形状部３１の高さｈ２は、それぞれ、２０μｍ≦ｈ１≦７００μｍ、２０μｍ≦ｈ２≦７００μｍの範囲に形成することが望ましい。
単位光学形状部３０の配列ピッチＰは、５０μｍ≦Ｐ≦１０００μｍの範囲で形成することが望ましい。

次に、本実施形態の導光板２０から出光する映像光Ｌ及び外界の光Ｇの光路について説明する。
図１に示すように、映像源１０から投射された映像光Ｌは、投射光学系１２を介して導光板２０の第１全反射面１２１へ入光する。導光板２０内に入光した映像光Ｌは、反射面１２０の反射膜２７において第１全反射面１２１側へ反射する。その映像光Ｌは、第１全反射面１２１に入射して第２全反射面１２２側へ全反射した後、第２全反射面１２２に入射して単位光学形状部３０側へ全反射する。このように、映像光Ｌは、第１全反射面１２１及び第２全反射面１２２間において全反射を繰り返すことにより、導光板２０の−Ｘ側から＋Ｘ側に向けて導光される。そして、映像光Ｌは、単位光学形状部３０において、第１光学形状層２２及び第２光学形状層２３間に設けられた反射層２５に入射する。
なお、図１では、説明を容易にするため、映像光Ｌが第１全反射面１２１及び第２全反射面１２２においてそれぞれ１回全反射する例を示している。これに限らず、映像光Ｌが各面でより多く全反射を繰り返す構成であってもよい。

反射層２５に入射した映像光のうち、一部の映像光Ｌは、図２に示すように、反射層２５において第１全反射面１２１に対してほぼ垂直な方向（−Ｙ方向）に反射して、第２全反射面１２２から観察者の眼Ｅに向けて出光する。また、他の映像光は、反射層２５を透過して第１光学形状層２２内に入射するが、そのほとんどが導光板２０の背面側から出光する。

外界の光Ｇは、図１に示すように、導光板２０の背面側（＋Ｙ側）の第１全反射面１２１から導光板２０内に入光する。導光板２０内に入光した外界の光Ｇのうち一部の光は、反射層２５に入射する。その一部の光Ｇ１は、図２に示すように、反射層２５を透過して、第２全反射面１２２（出光面）から観察者の眼Ｅに向けて出光する。また、他の光は、反射層２５と第１光学形状層２２との界面で背面側（＋Ｙ側）に反射する。

次に、本実施形態の導光板２０の製造方法について説明する。
図３及び図４は、本実施形態の導光板２０の製造方法を説明する図である。このうち、図３の各分図（ａ）〜（ｅ）は、基材部２１と接合された第１光学形状層２２を製造する過程を説明する図である。また、図４の各分図（ｆ）〜（ｈ）は、基材部２１と接合された第１光学形状層２２を基にして導光板２０を製造する過程を説明する図である。なお、図３及び図４では、部材の断面を示すハッチングを適宜に省略する。

まず、図３（ａ）に示すように、製造する導光板２０の第１光学形状層２２の形状に対応した賦形面１００ａを有する成形型１００を用意し、賦形面１００ａが上方（重力方向の天側）を向くように配置する。成形型１００は、金型でもよいし、樹脂型でもよい。
次に、図３（ｂ）に示すように、賦形面１００ａ上に紫外線硬化樹脂２２ａを均一に形成する。ここでは、例えば、紫外線硬化樹脂２２ａを、賦形面１００ａ上の一辺に沿って点状又は線状に塗布し、ローラ等（不図示）で引き延ばすことにより、賦形面１００ａ上に均一に形成することができる。

次に、図３（ｃ）に示すように、賦形面１００ａ上に塗布された紫外線硬化樹脂２２ａの上に、基材部２１を貼り付ける。
次に、図３（ｄ）に示すように、紫外線照射部（不図示）から、未硬化の紫外線硬化樹脂２２ａに対して紫外線ＵＶを照射する。これにより、紫外線硬化樹脂２２ａが硬化して第１光学形状層２２となる。本実施形態において、紫外線ＵＶは、基材部２１を介して紫外線硬化樹脂２２ａに照射される。
紫外線硬化樹脂２２ａが硬化した後、図３（ｅ）に示すように、第１光学形状層２２を成形型１００から剥離することにより、基材部２１と接合された第１光学形状層２２を得ることができる。

次に、図４（ｆ）に示すように、単位光学形状部３０の表面に蒸着金属を付着させて、反射層２５を形成する。なお、この工程では、第１光学形状層２２の単位光学形状部３０が下方を向くように配置して、単位光学形状部３０の表面に蒸着金属を付着させる。

また、図４（ｆ）では、第１光学形状層２２のすべての領域に反射層２５が形成されているが、反射層２５は、映像光の出光側となる領域のみに形成され、映像光が導光される領域には形成されない。反射層２５が形成されない領域は、第２光学形状層２３（後述）と直接に接合される。映像光の出光側となる領域のみに反射層２５を形成するには、反射層２５を形成する領域と同じ大きさの開口を有するステンシルマスク（不図示）を、第１光学形状層２２を覆うように配置して、蒸着金属をマスキング蒸着すればよい。

次に、図４（ｇ）に示すように、第１光学形状層２２の単位光学形状部３０が設けられた側の面に、第２光学形状層２３を形成する。ここでは、例えば、紫外線硬化樹脂を、第１光学形状層２２の一辺に沿って点状又は線状に塗布し、ローラ等（不図示）で引き延ばすことにより、均一に形成できる。図示を省略するが、この後、第１光学形状層２２上に形成した紫外線硬化樹脂に対して紫外線を照射することにより、紫外線硬化樹脂が硬化して第２光学形状層２３となる。

次に、図４（ｈ）に示すように、第２光学形状層２３側の面に接合層２４を形成して、基材部２６を貼り付ける。
そして、接合層２４を介して基材部２６が貼付された積層体の−Ｘ側（単位光学形状部３０が形成される側とは反対側）の観察者側（−Ｙ側）の角部を加工して反射面１２０を形成する。更に、その反射面１２０に真空蒸着法等の手法によりアルミニウムを蒸着して、反射膜２７を形成する（図１参照）。以上の工程を経ることにより、導光板２０が完成する。

次に、本実施形態の導光板２０及び比較例の導光板２０Ｃにおける映像光の入光範囲について説明する。
図５は、比較例及び実施形態の導光板における映像光の入光範囲を説明する図である。図５（ａ）は、比較例の導光板２０Ｃにおける映像光の入光範囲を説明する図である。図５（ｂ）は、本実施形態の導光板２０における映像光の入光範囲を説明する図である。なお、図５（ａ）では、上述した実施形態（図１）と同じ構成要素に同一符号を付し、その符号に続いて「ｃ」を付している。また、図５に示す各図では、説明に必要な部分にのみ符号を付している。

図５（ａ）に示す比較例は、従来の一般的な導光板の構成を示している。図５（ａ）に示すように、比較例の導光板２０Ｃは、反射面１２０ｃにおいて、第２全反射面１２２ｃよりも外側（−Ｙ側）に位置する反射領域を備えていない点が実施形態の導光板２０と異なる。比較例の導光板２０Ｃにおいて、最も−Ｘ側から入光する映像光Ｌ１と、最も＋Ｘ側から入光する映像光Ｌ２との幅（以下、「入光幅」ともいう）は、Ｗ１となる。

一方、図５（ｂ）に示すように、実施形態の導光板２０は、反射面１２０において、第２全反射面１２２よりも外側（−Ｙ側）に位置する第２反射面１２０ｂを備えている。そのため、実施形態の導光板２０において、最も−Ｘ側から入光する映像光Ｌ１と、最も＋Ｘ側から入光する映像光Ｌ２との幅である入光幅Ｗ２は、比較例の導光板２０Ｃにおける入光幅Ｗ１よりも広くなる。したがって、実施形態の導光板２０においては、映像光Ｌの入光範囲をより大きくすることができる。

また、実施形態の導光板２０において、第２反射面１２０ｂは、第２全反射面１２２よりも外側に位置している。そのため、実施形態の導光板２０は、入光幅が広くなっても、導光板２０の左右方向（Ｘ方向）の寸法が長くなることがない。また、第２反射面１２０ｂは、第２全反射面１２２から部分的に突出しているため、導光板２０の厚みの増加を最小限に抑えることができる。

ここで、比較例の導光板２０Ｃにおける他の構成例について説明する。
まず、図５（ａ）に示すように、比較例の導光板２０Ｃにおいて、最も−Ｘ側の端部に領域ａ１を形成し、この領域ａ１まで反射面１２０ｃ及び反射膜２７ｃを延長した構成について考察する。図５（ａ）のように反射面１２０ｃを延長した場合、反射面１２０ｃの実質的な幅は、実施形態の導光板２０における反射面１２０とほぼ同じとなる。しかし、図２に示すように、基材部２１、第１光学形状層２２及び第２光学形状層２３は、積層構造であるため、導光板２０Ｃの端部を、領域ａ１のような直角三角形に成形するのは難しい。そのため、領域ａ１の斜辺に反射膜２７ｃを形成しても、入光した映像光を、第１全反射面１２１ｃの垂線に対して臨界角以上の角度で反射できなくなることも考えられる。

また、領域ａ１と同じく断面が直角三角形となる柱状の部材を別部品として作製し、これを導光板２０Ｃの最も−Ｘ側の端面に接合することにより、領域ａ１を備えた導光板２０Ｃを作製することも考えられる。このように、２つの部材を接合する場合、接合面（境界面）において、光の屈折に与える影響を最小限に抑えるため、導光板２０Ｃの最も−Ｘ側の端面及び領域ａ１となる部材の端面を、それぞれ鏡面に仕上げる必要がある。しかし、導光板２０の厚みを考慮すると、これら部材の端面を鏡面に仕上げることは、現状では極めて難しいため、実現性が乏しい。仮に、それぞれの部材の端面を鏡面に仕上げることが出来たとしても、映像光の入光方向に対して平行に境界面が形成されるため、この境界面が入光した映像光の進行方向に影響を与えるおそれがある。

これに対して、実施形態の導光板２０では、基材部２６の−Ｘ側の端部に、反射面１２０（第１反射面１２０ａ及び第２反射面１２０ｂ）が一体に形成されているため、反射膜２７を第１全反射面１２１に対して適切な角度で形成することができる。そのため、入光した映像光を、第１全反射面１２１ｃの垂線に対して臨界角以上の角度で適切に反射させることができる。また、実施形態の導光板２０は、第１反射面１２０ａと第２反射面１２０ｂとの間に境界面が存在しないため、これら反射面で反射した映像光の進行方向に影響を与えることがない。

また、図５（ａ）に示すように、比較例の導光板２０Ｃでは、映像光Ｌ１とＬ２の光路が重ならないため、映像光Ｌ１及びＬ２がいずれも入射しない領域Ｚが形成される。この領域Ｚは、反射層２５及び第２全反射面１２２を介して視認される映像において、例えば、暗線として観察者に観察される。このような暗線は、映像の画質を低下させる要因となる。

一方、本実施形態の導光板２０において、図５（ｂ）に示すように、第１導光層２０１の層厚をｔｈ１、第２導光層２０２の層厚をｔｈ２、反射面１２０において最も−Ｘ側の位置（最も第１全反射面１２１に近い位置）から入光する映像光Ｌ１が第１全反射面１２１に入射する角度（第１全反射面１２１の垂線ＰＨに対して臨界角以上となる角度）をθ、第１全反射面１２１の垂線ＰＨ方向における反射面１２０の幅をＷ３（Ｗ）とした場合に、Ｗ３＞ｔａｎθ×（２×ｔｈ１＋ｔｈ２）を満たすように設定すれば、映像光Ｌ１とＬ２の光路が重なるようにすることができる。そのため、上述のように反射面１２０の幅Ｗ３を設定した導光板２０は、映像光Ｌ１及びＬ２がいずれも入射しない領域Ｚが形成されることがない。このように、上述の導光板２０は、反射層２５及び第２全反射面１２２を介して視認される映像に暗線等が生じることがないため、表示される映像の画質をより向上させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、後述する変形形態のように種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。また、実施形態に記載した効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、実施形態に記載したものに限定されない。なお、上述の実施形態及び後述する変形形態は、適宜に組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。

（変形形態）
（１）図６は、変形形態の導光板２０Ａを説明する図である。図６では、実施形態（図１）と同じ構成要素に同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図６では、説明に必要な部分にのみ符号を付している。

本形態の導光板２０Ａは、第２全反射面１２２の−Ｘ側の端部に基材部２６ａが設けられている。基材部２６ａは、ＹＸ平面に平行な断面が直角三角形となる角柱状の部材であり、基材部２６と同じ材料により形成されている。基材部２６ａは、接合層（不図示）を介して第２全反射面１２２（基材部２６）の−Ｘ側の端部に接合されている。接合層として、例えば、基材部２６と第２光学形状層２３とを接合する接合層２４（図２参照）を用いることができる。
第２全反射面１２２の端部に設けられた基材部２６ａの斜辺は、第２反射面１２０ｂとして機能する。第１反射面１２０ａ及び第２反射面１２０ｂは、第１全反射面１２１に対して同一の角度で傾斜している。反射膜２７は、第１反射面１２０ａ及び第２反射面１２０ｂの全面を覆うように形成されている。

先に、比較例の導光板２０Ｃにおいて説明したように、領域ａ１（図５（ａ）参照）と同じく断面が直角三角形となる柱状の部材を、導光板２０Ｃの最も−Ｘ側の端面に接合した場合、接合した部分の境界面が、入光した映像光の進行方向に影響を与えるおそれがある。これに対して、本形態では、第２全反射面１２２と基材部２６ａとの境界面が、映像光の入光方向に対して直交するように形成されるため、この境界面が入光した映像光の進行方向に与える影響が少ない。また、第２全反射面１２２と基材部２６ａとの境界面（接合面）において、光の屈折に与える影響が小さいため、第２全反射面１２２と基材部２６ａとの接合面を鏡面に仕上げる必要がない。そのため、基材部２６ａを備えた導光板２０Ａを容易に作製することができる。

（２）上述の実施形態では、図１又は図６に示すように、第２反射面１２０ｂが第２全反射面１２２から観察者側（−Ｙ側）に突出する領域を直角三角形とし、その斜辺を第２反射面１２０ｂとした例について説明したが、これに限定されない。この直角三角形の対辺には映像光がほとんど入射しないため、対辺側の形状は、第２反射面１２０ｂで反射した映像光に影響を与えない範囲で適宜に変更することができる。例えば、第２全反射面１２２から観察者側に突出する領域を二等辺三角形としてもよい。

（３）上述の実施形態では、単位光学形状部３０の厚み方向の断面が三角形状（プリズム形状）に形成される例について説明したが、これに限定されない。単位光学形状部３０の厚み方向の断面は、多角形、半球形、レンズ形等によるプリズム形状であってもよい。また、プリズム形状は、断面が奥行方向に延在していてもよいし、ディンプル形、ピラミッド形（三角錐、四角錐等）であってもよい。

（４）上述の実施形態では、反射層２５を、第１傾斜面３０ａ上の全面、即ち第１傾斜面３０ａ及び第３傾斜面３１ａ間の全体に設けた例を示したが、これに限定されない。反射層２５を、第１傾斜面３０ａ上の一部に設けてもよい。例えば、反射層２５は、第１傾斜面３０ａの＋Ｘ側の領域、即ち映像光の反射に寄与する領域にのみ設けてもよい。

（５）上述の実施形態において、導光板２０の背面（基材部２１の背面）及び導光板２０の観察者側の面（基材部２６の観察者側の面）のいずれか又はその両方の面に、傷つき防止を目的としたハードコート処理を施してもよい。このハードコート処理として、例えば、導光板２０の背面及び観察者側の面のいずれか又は両方の面に、ハードコート機能を有する紫外線硬化型樹脂（例えば、ウレタンアクリレート）を塗布してハードコート層を形成してもよい。

（６）上述の実施形態では、導光板２０において、第１全反射面１２１と映像光が出光する出光面とが相違する面として形成される構成を示したが、これに限定されない。導光板２０において、第１全反射面１２１と映像光が出光する面とが同一面内に形成される構成としてもよい。

１ 表示装置
１０ 映像源
２０ 導光板
２２ 第１光学形状層
２３ 第２光学形状層
２５ 反射層
３０ 単位光学形状部
３０ａ 第１傾斜面
３０ｂ 第２傾斜面
１２０ 反射面
１２０ａ 第１反射面
１２０ｂ 第２反射面
１２１ 第１全反射面
１２２ 第２全反射面
２０１ 第１導光層
２０２ 第２導光層

Claims (3)

1. 映像光を導光方向に全反射する第１全反射面と、
   前記第１全反射面と対向する位置に設けられ、映像光を導光方向に全反射する第２全反射面と、
   前記第１全反射面に対して傾斜して設けられ、前記第１全反射面と交差する方向から入光した映像光を、前記第１全反射面の垂線に対して臨界角以上の角度で前記第１全反射面側に反射する反射面と、を備えた導光板であって、
   前記反射面の一部は、前記導光板の厚み方向において、前記第２全反射面よりも突出して形成されており、
   前記導光板は、
   前記第１全反射面が形成された第１導光層と、
   前記第２全反射面及び前記反射面が形成された第２導光層と、を備え、
   前記第１導光層の層厚をｔｈ１、前記第２導光層の層厚をｔｈ２、前記反射面において最も前記第１全反射面に近い位置から入光する映像光が前記第１全反射面に入射する角度をθ、前記反射面を前記第１全反射面に対して投影した際の幅をＷとした場合に、Ｗ＞ｔａｎθ×（２×ｔｈ１＋ｔｈ２）を満たすこと、
   を特徴とする導光板。
2. 請求項１に記載の導光板において、
   前記第１導光層は、
   第１傾斜面及び第２傾斜面を有する単位光学形状部が複数配列された第１光学形状層と、
   前記第１光学形状層の前記単位光学形状部が設けられた側の面に積層される第２光学形状層と、
   前記第１傾斜面の少なくとも一部に形成され、入射した光の一部を反射し、その他を透過する反射層と、
   を備えることを特徴とする導光板。
3. 請求項１又は請求項２に記載の導光板と、
   前記導光板に映像光を投射する映像源と、
   を備える表示装置。

Images