JP6805491B2 - 樹脂シートの製造方法 - Google Patents
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Description
このような表示装置において、映像源から出射された映像光を導光板により観察者の眼に対応する位置まで導き、更に反射層を介して観察者側へ反射させるタイプがある。
このような導光板の光学性能は、単位光学形状部を有する光学形状層(樹脂シート)の形状に左右されるため、光学形状層の形状を最適化して、光学性能をより向上させることが求められている。
請求項1の発明は、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)を備え、エネルギー線硬化樹脂によって形成された樹脂シートであって、前記単位光学形状部は、頂部から谷部までの高さh1が40μm≦h1≦1800μmの範囲であり、配列ピッチPが100μm≦P≦1000μmの範囲である場合に、前記第1傾斜面は、幅方向及び奥行き方向における算術平均うねりWaが3nm≦Wa≦20nmの範囲であること、を特徴とする樹脂シートである。
請求項2の発明は、請求項1に記載の樹脂シートであって、前記第1光学形状層(22)は、前記単位光学形状部(30)が設けられた側と反対側の面に基材層(21)が設けられていること、を特徴とする樹脂シートである。
請求項3の発明は、請求項1又は請求項2に記載の樹脂シートと、前記樹脂シートの前記第1光学形状層(22)において、前記第1傾斜面(30a)上の少なくとも一部に形成され、入射した光のうち一部を反射し、その他を透過する反射層(25)と、前記樹脂シートの前記第1光学形状層において、前記単位光学形状部(30)が設けられた側の面に積層される第2光学形状層(23)と、を備える透過型反射シート(20)である。
本明細書中に記載する各部材の寸法等の数値及び材料名等は、実施形態としての一例であり、これに限定されるものではなく、適宜選択して使用してよい。
本明細書中において、形状や幾何学的条件を特定する用語、例えば、平行や直交等の用語については、厳密に意味するところに加え、同様の光学的機能を奏し、平行や直交と見なせる程度の誤差を有する状態も含むものとする。
図1は、本実施形態の頭部装着型の表示装置1を説明する図である。図1は、表示装置1を鉛直方向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、導光板に入光した映像光の導光される方向(導光板の左右方向)をX方向とし、それに直交する方向(導光板の厚み方向)をY方向とする。このY方向の−Y側を観察者側とし、+Y側を背面側とする。
また、表示装置1は、映像と外界の光とを重ねて見せる、いわゆるシースルー機能を備えている。本実施形態では、透過型反射シートを導光板20に適用した例について説明する。なお、透過型反射シートとは、入射した光のうち、一部を透過し、その他を反射するシートを総称するものであり、透過率及び反射率が50%であるものに限られない。
投射光学系12は、映像源11から出射された映像光を平行光として投射する複数のレンズ群から構成される光学系である。
導光板20は、光を導光する略平板状の透明部材である。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た台形柱形状に形成されている。導光板20は、互いに平行に対向する第1全反射面20b及び第2全反射面20cと、反射面20aとを備える。
反射面20aは、反射膜27で反射した映像光を第1全反射面20bにおいて全反射させるために、第1全反射面20bに対して25°〜60°の範囲で傾斜している。
第1全反射面20bは、その−X側の端部が、映像源11から投射された映像光を入光する入光面となる。また、第1全反射面20b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(後述する)において反射した映像光を導光板20外へ出光する出光面となる。
上記構成において、反射膜27で反射した映像光は、第1全反射面20bに向けて斜め方向に導光される。そのため、映像光は、第1全反射面20b及び第2全反射面20cの間で全反射を繰り返しながら、導光板20内の+X方向(導光方向)に導光される。
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(第2基材)26、接合層24、第2光学形状層23、第1光学形状層(樹脂シート)22、基材部(基材)21が積層されている。
基材部(基材)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2全反射面20c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る。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、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、映像光が出光する方向(導光板20の厚み方向、Y方向)に平行であって、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。
また、第1傾斜面30a上の全面、すなわち、第1傾斜面30a及び第3傾斜面31a(後述する)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1全反射面20bを全反射した映像光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1全反射面20b、第2光学形状層23の観察者側の面)に対して傾斜しており、その+X側の端部が、−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へと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1全反射面20b(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。
これにより、第1傾斜面30aの表面に形成される反射層25の反射面を平滑にすることができ、本実施形態の導光板20(第1光学形状層22)は、映像光のほとんどを、反射層25により出光面(第1全反射面20b)に対して垂直な方向(Y方向)に反射させることができ、映像光を観察者に二重像として視認させてしまうのを抑制することができる。
また、第1傾斜面30aの算術平均うねりWaが3nmよりも小さい場合、第1傾斜面30aに生じるうねりを極力抑制することができるため、上述の二重像の問題を回避し、導光板の光学特性を向上させることができるが、このような精度の第1傾斜面30aを製造するのが非常に困難になり、また、製造コストが増大してしまうため望ましくない。
また、第2光学形状層23としては、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。
これにより、第1傾斜面30a上に形成される反射層25の反射面にもうねりが形成されてしまうのを抑制することができ、反射層25を反射する映像光のほとんどを出光面(第1全反射面20b)に対して垂直な方向(Y方向)に反射させることができ、映像光が二重像として観察者に視認されてしまうのを極力抑制することができる。
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。
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することができる。
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≦60°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は、上述したように、40μm≦h1≦1800μmの範囲に形成することが望ましい。また、出光側単位光学形状部31の高さh2は、40μm≦h2≦1800μmの範囲に形成することが望ましい。
また、単位光学形状部30の配列ピッチPは、100μm≦P≦1000μmの範囲で形成することが望ましい。
図1に示すように、映像源11から出射した映像光Lは、投射光学系12を介して導光板20の第1全反射面20bへと入射する。導光板20内に入光した映像光Lは、反射面20aの反射膜27に入射して第1全反射面20b側へと反射する。その映像光Lは、第1全反射面20bに入射して第2全反射面20c側へと全反射した後、第2全反射面20cに入射して第1全反射面20b側へと全反射する。このように、映像光Lは、第1全反射面20b及び第2全反射面20c間において全反射を繰り返すことにより、導光板20の−X側から+X側に向けて導光され、第1光学形状層22及び第2光学形状層23間に設けられた反射層25に入射する。
なお、本実施形態の導光板20は、図1に示すように、映像光Lが第1全反射面20bにおいて2回全反射し、第2全反射面20cにおいて1回全反射するように構成されている。これに限らず、各面でより多く又は少なく全反射を繰り返すように構成してもよい。
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〜図5は、それぞれ、実施形態の第1光学形状層の製造方法を説明する図である。
図6は、実施形態の導光板の製造方法を説明する図である。
図3〜図6の各図は、第1光学形状層の単位光学形状部30が設けられた部位のXY断面における拡大図である。
次に、図3(b)に示すように、成形面100a上に未硬化の紫外線硬化樹脂22aを均一に充填する。ここでは、例えば、紫外線硬化樹脂22aを、成形面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、成形面100a上に均一に形成する。
続いて、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の基礎となる第1光学基礎層22’が形成される。なお、本実施形態において、紫外線は、基材部21を介して紫外線硬化樹脂22aに照射される。
そして、図3(d)に示すように、紫外線硬化樹脂22aが硬化した後、成形型10から離型することにより、単位光学形状部30の基礎となる光学基礎形状部30’が形成された第1光学基礎層22’を得ることができる。
また、第1光学基礎層22’の環境温度が上昇した場合、離型時に開放されなかった残留応力の一部が更に解放され、第1斜面30a’に更にうねりが生じてしまう場合がある。そのため、作製された第1光学基礎層22’は、例えば、光学基礎形状部30’の高さh1を40μm≦h1≦1800μmの範囲に形成し、配列ピッチPを100μm≦P≦1000μmの範囲に形成したとしても、第1斜面30a’の算術平均うねりWaは、3nm≦Wa≦20nmを満たすことができない。
従って、作製された第1光学基礎層22’を第1光学形状層として導光板を作製した場合、うねりを有した第1傾斜面上に反射層及び第2光学形状層が形成されることとなる。そのため、このように製造された導光板は、第1傾斜面に形成された反射層によって、映像光の一部が、出光面に垂直な方向に対して傾斜した状態で反射し、二重像として観察者に視認されてしまい光学特性が低下してしまう可能性がある。
具体的には、まず、図4(a)に示すように、基材部21に接合された第1光学基礎層22’に加熱処理を行う。ここで、加熱処理は、温風機等を用いて、第1光学基礎層22’を約50℃の環境下で30分間加熱した後、常温(23℃)の環境下に戻す。
これにより、第1光学基礎層22’の内部に蓄積された残留応力の大部分が解放され、第1光学基礎層22’は、図4(b)に示すように、主に光学基礎形状部30’の第1斜面30a’にうねりが生じる。
それから、図5(b)に示すように、基材部21に接合された第1光学基礎層22’を、成形型100の成形面100a上に塗布された紫外線硬化樹脂22b上に配置する。このとき、第1光学基礎層22’は、光学基礎形状部30’を、成形面100aに設けられた凹凸形状に対応させて重ねられる。そのため、未硬化の紫外線硬化樹脂22bは、うねりを有した第1斜面30a’と成形面100aとの間に主に充填される。
最後に、図5(c)に示すように、第1光学形状層22を成形型100から離型する。
以上により、基材部21の観察者側の面に第1光学形状層22が形成される。ここで、上述の方法により形成された単位光学形状部30は、加熱処理により残留応力が解放されており、第1傾斜面30aのうねりの発生が極力抑制されているので、高さh1が40μm≦h1≦1800μmの範囲に形成され、配列ピッチPが100μm≦P≦1000μmの範囲に形成された場合、第1傾斜面30aの幅方向及び奥行き方向における算術平均うねりWaが、3nm≦Wa≦20nmの範囲に形成されることとなる。
なお、第2光学基礎層22’’は、第1光学基礎層22’に比して厚みが非常に薄く、硬化収縮時の残留応力によるうねりの影響が非常に小さいので、第1光学基礎層22’のように温風機等による加熱処理を行わなくても、第1光学形状層22の第1傾斜面30aにうねりが形成されてしまうのを極力抑制することができる。
続いて、図6(b)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。具体的には、未硬化の紫外線硬化樹脂を、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、第1光学形状層22上に均一に紫外線硬化樹脂を形成することができる。それから、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。
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)の背面側(+Y側)の角部を加工して反射面20aを形成する。更に、その反射面20a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)。以上により、導光板20が完成する。
図7は、実施形態の第1光学形状層の製造方法を説明する図である。
図7の各図は、第1光学形状層の単位光学形状部30が設けられた部位のXY断面における拡大図である。
続いて、塗布された紫外線硬化樹脂22bに紫外線を照射し、硬化させて第2光学基礎層22’’を形成する。それから、硬化した第2光学基礎層22’’に温風機等を用いて第1光学基礎層22’と同様の加熱処理を行う。これにより、第2光学基礎層22’’は、硬化収縮時における残留応力を開放することができる。このとき、第2光学基礎層22’’は、単位光学形状部側の面が第1光学基礎層22’に密着しているので、単位光学形状部側の面とは反対側の面に、主にうねりが発生する。
続いて、塗布された紫外線硬化樹脂22cに紫外線を照射し、硬化させて第3光学基礎層22’’’を形成する。それから、硬化した第3光学基礎層22’’’に温風機等を用いて第1光学基礎層22’と同様の加熱処理を行う。これにより、第3光学基礎層22’’’は、硬化収縮時における残留応力を開放することができる。このとき、第3光学基礎層22’’’は、単位光学形状部側の面が第2光学基礎層22’’に密着しているので、単位光学形状部側の面とは反対側の面に、主にうねりが発生する。
ここで、第1光学基礎層22’、第2光学基礎層22’’、第3光学基礎層22’’’は、共に同様の紫外線硬化樹脂により形成されているので、それぞれが合わさって第1光学形状層22が形成されることとなる。
以上により、基材部21の観察者側の面に第1光学形状層22が形成される。ここで、上述の方法により形成された単位光学形状部30は、加熱処理により残留応力が解放されており、単位光学形状部30の高さh1が40μm≦h1≦1800μmの範囲に形成され、配列ピッチPが100μm≦P≦1000μmの範囲に形成された場合に、第1傾斜面30aの幅方向及び奥行き方向における算術平均うねりWaが、3nm≦Wa≦20nmの範囲に形成されることとなる。そのため、第1傾斜面30aのうねりの発生が極力抑制される。
これにより、第1光学形状層22は、第1傾斜面30aに形成される反射層25の反射面を平滑にすることができ、反射層25に入射した映像光のほとんどを、出光面(第1全反射面20b)に対して垂直な方向(Y方向)に反射させることができ、映像光が二重像として観察者に視認されてしまうのを抑制することができる。
図8は、変形形態の透過型反射シートを説明する図である。
(1)上述の実施形態において、透過型反射シートを導光板20に適用した例で説明したが、これに限定されるものでない。例えば、透過型反射シートは、図8に示すように、表示装置1の映像源11からの映像光を導光させずに、反射層25において観察者側に直接反射させる方式の透過型反射シート20Aに適用してもよい。この場合、第1傾斜面30a及び第3傾斜面31aの角度αは5°≦α≦35°の範囲、単位光学形状部30の高さh1は40μm≦h1≦1800μmの範囲、出光側単位光学形状部31の高さh2は40μm≦h2≦1800μmの範囲、単位光学形状部30の配列ピッチPは100μm≦P≦1000μmの範囲で、それぞれ形成することが望ましい。
また、透過型反射シートは、自動車等の乗り物のフロントウィンドウに搭載されるヘッドアップディスプレイ、背景等の外界の光を透過するスクリーン等に適用することも可能である。
また、図7に示す第1光学形状層22の製造方法の別な例においても、第1光学形状層22は、2層の光学基礎層、又は、4層以上の光学基礎層により構成されるようにしてもよい。
また、上述の実施形態では、導光板20において、第1全反射面20bと映像光が出光する出光面とが同一面内に形成される例を示したが、これに限定されない。導光板20において、第1全反射面と映像光が出光する面とが相違する面として形成されてもよい。
11 映像源
12 投射光学系
20 導光板
21 基材部
22 第1光学形状層
23 第2光学形状層
24 接合層
25 反射層
26 基材部
30 単位光学形状部
30a 第1傾斜面
30b 第2傾斜面
Claims (2)
- エネルギー線硬化樹脂により形成され、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光学形状層を備える樹脂シートの製造方法であって、
前記単位光学形状部に対応する凹凸形状が形成された成形型の成形面上に、未硬化のエネルギー線硬化樹脂を充填する第1樹脂充填工程と、
前記第1樹脂充填工程により成形面上に充填されたエネルギー線硬化樹脂の上に、基材部を貼り付ける基材貼付工程と、
前記基材部を介して未硬化のエネルギー線硬化樹脂にエネルギー線を照射して、エネルギー線硬化樹脂を硬化させる第1硬化工程と、
硬化したエネルギー線硬化樹脂を前記成形型から離型して、温風により加熱処理する加熱工程と、
硬化したエネルギー線硬化樹脂が離型された前記成形型の成型面上に未硬化のエネルギー線硬化樹脂を充填する第2樹脂充填工程と、
前記第2樹脂充填工程により充填された未硬化のエネルギー線硬化樹脂の上に、前記凹凸形状に対応する面が前記成形面側に対向するようにして前記加熱処理したエネルギー線硬化樹脂を重ね、エネルギー線を照射して未硬化のエネルギー線硬化樹脂を硬化させる第2硬化工程と、
を備える樹脂シートの製造方法。 - 請求項1に記載の樹脂シートの製造方法において、
前記加熱工程と、前記第2樹脂充填工程と、前記第2硬化工程とは、複数回繰り返されること、
を特徴とする樹脂シートの製造方法。
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