JP7339607B2

JP7339607B2 - ガラス板

Info

Publication number: JP7339607B2
Application number: JP2020527426A
Authority: JP
Inventors: 篤虫明; 隆村田; 良太鈴木
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2018-06-26
Filing date: 2019-06-18
Publication date: 2023-09-06
Anticipated expiration: 2039-06-18
Also published as: JP2023133333A; WO2020004141A1; JPWO2020004141A1; CN117069371A; US20210253470A1; CN112334421A; US20240182351A1; US11932572B2

Description

本発明は、ヘッドマウントディスプレイの導光板に好適なガラス板に関する。

近年、ヘッドマウントディスプレイとして、帽子型デバイスやメガネ型デバイスなどの種々の形態が開発されている。帽子型デバイスは、ユーザの視界を覆うと共に、仮想現実（ＶＲ）を体験するためのシステムとして利用される場合が多く、メガネ型デバイスは、ユーザの視界を遮断することなく、拡張現実（ＡＲ）を体験するためのシステムとして利用される場合が多い。

ヘッドマウントディスプレイでは、透過性を有する導光板を用いることがある。この場合、例えば、外部の景色などを見ながら導光板に表示される映像を見ることができる（シースルーデバイス）。また、例えば、ユーザの左右の瞳に対応する導光板に異なる映像を表示することで３Ｄ表示を実現したり、瞳の水晶体を利用して網膜に結合させることでユーザの網膜に直接映像を投射したりすることもできる。

導光板を用いた映像の表示方法としては、コリメート光を導光板の端面から入射すると共に、その入射した光を導光板の内部で全反射させながら回折現象により外部に取り出し、ユーザの瞳に入射させるというものがある。

この際、導光板は、一方の主面に凹凸構造を有するガラス板を複数枚積層してなるガラス板積層体から構成される場合がある（例えば特許文献１及び２を参照）。ここで、ガラス板の凹凸構造は、例えば、回折現象を生じ易くさせるためのものであり、ガラス板の積層構造は、例えば、各ガラス板に異なる映像を表示することで、ユーザが視認する映像に奥行き感を持たせ、臨場感のある３Ｄ表示を実現し易いなどの利点を得るためのものである。

特表２０１８－５０６０６８号公報中国特許出願公開第１０６３２４８４７号明細書

導光板には、主にアクリル樹脂板が使われている。しかし、アクリル樹脂板は、屈折率ｎｄ（約１．４９）が低いため、光学設計の自由度を高めることが困難である。また、アクリル樹脂板を用いた場合、全反射を生じさせる最小の入射角が大きくなるため、アクリル樹脂板の内部において、光が全反射を繰り返しながら伝搬し難くなる。

本発明は、上記事情に鑑み成されたものであり、その技術的課題は、ヘッドマウントディスプレイの導光板等において、光学設計の自由度を高めることである。

本発明者等は、鋭意検討の結果、所定の形状を有する高屈折率のガラス板を導光板に用いると、上記技術的課題を解決し得ることを見出し、本発明として提案するものである。すなわち、本発明のガラス板は、屈折率ｎｄが１．５５～２．３０であり、主面と端面とのなす角度が８５～９０°であり、該端面の表面粗さＲａが１μｍ以下であることを特徴とする。ここで、「屈折率ｎｄ」は、屈折率測定器（例えば、島津製作所社製の屈折率測定器ＫＰＲ－２０００）を用いて測定した値を指す。「主面と端面とのなす角度」は、板厚方向に相対する二つの主面で角度が異なるが、本発明では、小さい方の角度を指す（主面と傾斜面とのなす角度でも同様）。「表面粗さＲａ」は、小坂研究所製ＳｕｒｆｃｏｒｄｅｒＥＴ―４０００ＡＫを用いて、ＪＩＳＢ―０６０１（１９９４）に従って測定した値を指す。

本発明のガラス板は、屈折率ｎｄが１．５５～２．３０である。このようにすれば、ヘッドマウントディスプレイの導光板等に用いた時に、光の全反射が生じ易くなり、光学設計の自由度を高めることができる。

また、本発明のガラス板は、主面と端面とのなす角度が８５～９０°である。このようにすれば、ガラス板の側面側（端面側）に光学系を設けた場合に、ガラス板の内部に光を入射させ易くなる。

更に、本発明のガラス板は、端面の表面粗さＲａが１μｍ以下である。このようにすれば、ガラス板の側面側（端面側）に光学系を設けた場合に、端面で光が散乱し難くなる。更に端面に衝撃を受けた際に破損や欠けが生じ難くなる。

また、本発明のガラス板は、端面と主面の間の領域の少なくとも一部に傾斜面を有することが好ましく、複数の傾斜面を有することが更に好ましい。このようにすれば、端面に衝撃を受けた際に破損や欠けが生じ難くなる。

また、本発明のガラス板は、少なくとも一方の主面の表面粗さＲａが１００ｎｍ以下であることが好ましい。このようにすれば、ガラス板の内部で光が全反射し易くなる。

また、本発明のガラス板は、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ_２１０～６０％、ＢａＯ１～４０％、ＴｉＯ_２＋Ｌａ_２Ｏ_３０．５～４０％を含有し、且つ液相粘度が１０^３．０ｄＰａ・ｓ以上であることが好ましい。ここで、「ＴｉＯ_２＋Ｌａ_２Ｏ_３」は、ＴｉＯ_２とＬａ_２Ｏ_３の合量を指す。「液相粘度」は、液相温度におけるガラスの粘度を白金球引き上げ法で測定した値を指す。

また、本発明のガラス板は、一方の主面上に凹凸構造が形成されていることが好ましい。このようにすれば、ガラス板の内部を導光した光が外部へ出射し易くなる。結果として、ヘッドマウントディスプレイの映像が鮮明になる。

また、本発明のガラス板は、ヘッドマウントディスプレイの導光板に用いることが好ましい。

図１は、本発明のガラス板の一例を説明するための断面概念図である。ガラス板１は、板厚方向に相対する二つの主面１０ａ、１０ｂ（おもて面と裏面）と、端面１１を有しており、主面１０ａと端面１１とのなす角度θは９０°になっている（主面１０ｂと端面１１とのなす角度も９０°になっている）。そして、主面１０ａ、１０ｂと端面１１の間には、それぞれ傾斜面１２が形成されており、主面１０ａ、１０ｂと傾斜面１２とのなす角度はそれぞれ４５°である。なお、図１では、主面１０ａ、１０ｂと傾斜面１２は直接連結されているが、ガラス板１の強度を高めるために、例えば、主面１０ａと傾斜面１２の間に丸みを帯びた面取り面を設けてもよい。図２は、本発明のガラス板１の一例を説明するための断面概念図であり、図１との相違は、主面１０ａと端面１１との間に二つの傾斜面１２１、１２２が形成されており、主面１０ｂと端面１１との間には傾斜面が形成されていないことである。そして、主面１０ａと傾斜面１２１とのなす角度は３０°、主面１０ａと傾斜面１２２とのなす角度は７０°である。なお、図２では、主面１０ｂと端面１１は直接連結されているが、ガラス板１の強度を高めるために、例えば、主面１０ｂと端面１１に丸みを帯びた面取り面を設けてもよい。

図３は、ガラス板の内部で光が進む方向を説明するための断面概略図である。図３（ａ）～（ｃ）は、端面に光を直接照射した時に、ガラス板の内部で光が進む方向を示している。図３（ａ）～（ｃ）において、光は、ガラス板の内部で全反射を起こしながら伝搬していく。

本発明のガラス板の一例を説明するための断面概略図である。本発明のガラス板の一例を説明するための断面概略図である。ガラス板の内部で光が進む方向を説明するための断面概略図である。

本発明のガラス板において、屈折率ｎｄは１．５５以上であり、好ましくは１．５８以上、１．６０以上、１．６３以上、１．６５以上、１．６８以上、特に１．７０以上である。屈折率ｎｄが低過ぎると、ガラス板の内部で光の全反射が生じ難くなると共に、光学設計の自由度が低下し易くなる。一方、屈折率ｎｄが高過ぎる場合、ガラス骨格が不安定になり易く、その場合、板状に成形し難くなるため、ガラス板の生産効率が低下し易くなる。よって、屈折率ｎｄは２．３０以下であり、好ましくは２．００以下、１．９０以下、１．８５以下、特に１．８０以下である。

本発明のガラス板において、主面と端面とのなす角度は８５～９０°であり、好ましくは８７～９０°、８９～９０°である。主面と端面とのなす角度が上記範囲外になると、ガラス板の側面側（端面側）に光学系を設けた場合に、ガラス板の内部に光を入射させ難くなる。

端面の表面粗さＲａは１μｍ以下であり、好ましくは５００ｎｍ以下、１００ｎｍ以下、１０ｎｍ以下、２ｎｍ以下、特に１ｎｍ以下である。端面の表面粗さＲａが大き過ぎると、ガラス板の側面側（端面側）に光学系を設けた場合に、端面で光が散乱し易くなる。更に端面に衝撃を受けた際に破損や欠けが生じ易くなる。

本発明のガラス板は、強度を高めるために、端面と主面の間の領域の少なくとも一部に傾斜面を有することが好ましく、複数の傾斜面（特に２つの傾斜面）を有することが好ましい。そして、複数の傾斜面を有する場合、複数の傾斜面は、隣接して連続的に形成されていてもよく、また離間した状態（例えば、一方の主面と端面の間に傾斜面が形成されており、且つ他方の主面と端面の間に傾斜面が形成されている状態）で形成されていてもよいが、強度面を考慮すれば、後者の方が好ましい。

主面と傾斜面とのなす角度は、好ましくは５～８５°、２０～７０°、特に３０～６０°である。主面と傾斜面とのなす角度が上記範囲外になると、ガラス板に衝撃を受けた際に破損や欠けが生じ易くなる。

傾斜面の表面粗さＲａは、好ましくは５００ｎｍ以下、１００ｎｍ以下、１０ｎｍ以下、２ｎｍ以下、特に１ｎｍ以下である。傾斜面の表面粗さＲａが大き過ぎると、ガラス板に衝撃を受けた際に破損や欠けが生じ易くなる。

主面と端面の間に傾斜面を形成する方法としては、種々の方法を採択することができる。例えば、研削、研磨により傾斜面を形成する方法、レーザー加工により傾斜面を形成する方法、熱間プレスにより傾斜面を形成する方法を採択することができる。

本発明のガラス板において、少なくとも一方の主面（好ましくは両方の主面）の表面粗さＲａは、１００ｎｍ以下、１０ｎｍ以下、２ｎｍ以下、１ｎｍ、特に０．５ｎｍ以下が好ましい。主面の表面粗さＲａが大き過ぎると、ガラス板の内部で光が全反射し難くなる。

ガラス板は、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ_２１０～６０％、ＢａＯ１～４０％、ＴｉＯ_２＋Ｌａ_２Ｏ_３０．５～４０％を含有することが好ましい。このようにガラス組成を規定した理由を下記に示す。なお、各成分の含有範囲の説明において、％は質量％を意味する。

ＳｉＯ_２の含有量は１０～６０％が好ましい。ＳｉＯ_２の含有量が少なくなると、ガラス網目構造を形成し難くなり、ガラス化が困難になる。また高温粘性が低下し過ぎて、高い液相粘度を確保し難くなる。よって、ＳｉＯ_２の含有量は、好ましくは１５％以上、２０％以上、２５％以上、３０％以上であり、特に好ましくは３５％以上である。一方、ＳｉＯ_２の含有量が多くなると、溶融性や成形性が低下し易くなり、また屈折率が低下し易くなる。よって、ＳｉＯ_２の含有量は、好ましくは５５％以下、５１％以下、４８％以下、４５％以下であり、特に好ましくは４２％以下である。

ＢａＯは、アルカリ土類金属酸化物の中では、高温粘性を極端に低下させずに、屈折率を高める成分である。ＢａＯの含有量は１～４０％が好ましい。ＢａＯの含有量が多くなると、液相粘度が低くなり易く、また屈折率、密度、熱膨張係数が高くなり易い。よって、ＢａＯの含有量は、好ましくは３５％以下、３２％以下、３０％以下であり、特に好ましくは２８％以下である。一方、ＢａＯの含有量が少なくなると、所望の屈折率を得難くなる上、高い液相粘度を確保し難くなる。よって、ＢａＯの含有量は、好ましくは５％以上、１０％以上、１２％以上、１５％以上、１７％以上、２０％以上、２３％以上であり、特に好ましくは２５％以上である。

ＴｉＯ_２とＬａ_２Ｏ_３は、屈折率を有効に高める成分である。よって、ＴｉＯ_２とＬａ_２Ｏ_３の合量は、好ましくは０．５％以上、１％以上、３％以上、５％以上、８％以上、１１％以上、１５％以上であり、特に好ましくは１７％以上である。一方、ＴｉＯ_２とＬａ_２Ｏ_３の合量が多くなると、耐失透性が低下し易くなる。よって、ＴｉＯ_２とＬａ_２Ｏ_３の合量は、好ましくは４０％以下、３０％以下、２５％以下であり、特に好ましくは２２％以下である。

ＴｉＯ_２は、希土類酸化物等の重金属酸化物を除く、一般的な酸化物の中では、屈折率を最も高める成分である。しかし、ＴｉＯ_２の含有量が多くなると、ガラスが着色したり、耐失透性が低下し易くなったりする。よって、ＴｉＯ_２の含有量は、好ましくは０～３５％、０．１～３０％、０．１～１５％、１～１２％、２～１１％、３～１０％であり、特に好ましくは４～９％である。なお、耐失透性の向上よりも屈折率の上昇を優先する場合、ＴｉＯ_２の含有量は、好ましくは７～３５％、１５～３２％であり、特に好ましくは２０～３０％である。

Ｌａ_２Ｏ_３は、屈折率を有効に高める成分である。しかし、Ｌａ_２Ｏ_３の含有量が多くなると、液相温度が低下し易くなる。よって、Ｌａ_２Ｏ_３の含有量は、好ましくは０～１５％、０～１３％、５～１２％であり、特に好ましくは７～１１％である。

上記成分以外にも、任意成分として、例えば以下の成分を添加することができる。

Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は０～８％が好ましい。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が多くなると、成形時に失透結晶が析出し易くなって、液相粘度が低下し易くなり、また屈折率が低下し易くなる。よって、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は、好ましくは８％以下、７％以下であり、特に好ましくは６％以下である。一方、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が少なくなると、ガラス組成のバランスが崩れて、逆にガラスが失透し易くなる。よって、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は、好ましくは０．１％以上、０．５％以上、１％以上、３％以上であり、特に好ましくは５％以上である。

Ｂ_２Ｏ_３の含有量は０～１５％が好ましい。Ｂ_２Ｏ_３の含有量が多くなると、屈折率やヤング率が低下し易くなる。よって、Ｂ_２Ｏ_３の含有量は、好ましくは９％以下、８％以下であり、特に好ましくは７％以下である。一方、Ｂ_２Ｏ_３の含有量が少なくなると、液相温度が低下し易くなる。よって、Ｂ_２Ｏ_３の含有量は、好ましくは１％以上、３％以上であり、特に好ましくは５％以上である。

ＭｇＯの含有量は０～１２％が好ましい。ＭｇＯは、ヤング率を高める成分であると共に、高温粘度を低下させる成分であるが、ＭｇＯを多量に含有させると、屈折率が低下し易くなったり、液相温度が上昇して、耐失透性が低下したり、密度や熱膨張係数が高くなり過ぎる。よって、ＭｇＯの含有量は、好ましくは１０％以下、５％以下、３％以下、２％以下、１．５％以下、１％以下であり、特に好ましくは０．５％以下である。

ＣａＯの含有量は０～１５％が好ましい。ＣａＯの含有量が多くなると、密度、熱膨張係数が高くなり易く、その含有量が多過ぎると、ガラス組成のバランスが崩れて、耐失透性が低下し易くなる。よって、ＣａＯの含有量は、好ましくは１３％以下、１０％以下、８％以下であり、特に好ましくは７％以下である。一方、ＣａＯの含有量が少なくなると、溶融性が低下したり、ヤング率が低下したり、屈折率が低下し易くなる。よって、ＣａＯの含有量は、好ましくは０．５％以上、１％以上、３％以上、４％以上であり、特に好ましくは５％以上である。

ＳｒＯの含有量は０～１５％が好ましい。ＳｒＯの含有量が多くなると、屈折率、密度、熱膨張係数が高くなり易く、その含有量が多過ぎると、ガラス組成のバランスが崩れて、耐失透性が低下し易くなる。よって、ＳｒＯの含有量は、好ましくは１３％以下、１２％以下であり、特に好ましくは１１％以下である。一方、ＳｒＯの含有量が少なくなると、溶融性が低下し易くなり、また屈折率が低下し易くなる。よって、ＳｒＯの含有量は、好ましくは１％以上、３％以上、５％以上、７％以上であり、特に好ましくは１０％以上である。

ＺｎＯの含有量は０～１５％が好ましい。しかし、ＺｎＯの含有量が多くなると、密度、熱膨張係数が高くなり、その含有量が過剰になると、ガラス組成の成分バランスが崩れて、高い液相粘度を確保し難くなる。よって、ＺｎＯの含有量は、好ましくは１５％以下、１２％以下、１０％下、８％以下、６％以下であり、特に好ましくは４％以下である。一方、ＺｎＯの含有量が少なくなると、高い液相粘度を確保し難くなる。よって、ＺｎＯの含有量は、好ましくは０．１％以上、０．５％以上、１％超、１．５％以上、２％以上、２．５％以上であり、特に好ましくは３％以上である。

ＺｒＯ_２は、屈折率を高める成分であるが、その含有量が多くなると、液相温度が低下し易くなる。よって、ＺｒＯ_２の含有量は、好ましくは０～１０％、０．１～７％、０．５～６％であり、特に好ましくは１～５.５％である。

Ｎｂ_２Ｏ_５は、屈折率を高める成分であるが、その含有量が多くなると、原料コストが上昇し易くなる。よって、Ｎｂ_２Ｏ_５の含有量は、好ましくは０～３０％、１～２５％、５～２３％、１０～２２％であり、特に好ましくは１５～２１％である。

Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏは、高温粘性を低下させる成分であり、また熱膨張係数を上昇させる成分であるが、これらの成分を多量に導入すると、高温粘性が低下し過ぎて、高い液相粘度を確保し難くなる。よって、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの合量は、好ましくは１５％以下、１０％以下、５％以下、２％以下、１％以下、０．５％以下であり、特に好ましくは０．１％以下である。また、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏのそれぞれの含有量は、好ましくは１０％以下、８％以下、５％以下、２％以下、１％以下、０．５％以下であり、特に好ましくは０．１％以下である。

液相粘度の向上よりも高温粘性の低下を優先する場合、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの合量は、好ましくは０．１～２５％、５～２３％、１０～２０％、特に１２～１８％である。また、Ｌｉ_２Ｏの含有量は、好ましくは１０％以下、８％以下、５％以下、２％以下、１％以下、０．５％以下であり、特に好ましくは０．１％以下である。Ｎａ_２Ｏの含有量は、好ましくは１～２２％、３～２０％、５～１５％であり、特に好ましくは８～１２％である。Ｋ_２Ｏの含有量は、好ましくは０．１～１０％、１～９％、２～８％であり、特に好ましくは３～７％である。

清澄剤として、Ａｓ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、ＳｎＯ_２、Ｆ、Ｃｌ、ＳＯ_３の群から選択された一種又は二種以上を０～１％の範囲で添加することができる。但し、Ａｓ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_３及びＦは、環境的観点から、その使用を極力控えることが好ましく、それぞれの含有量は０．１％未満が好ましい。ＣｅＯ_２の含有量は、好ましくは０～１％、０．０１～０．５％であり、特に好ましくは０．０５～０．４％である。また、ＳｎＯ_２の含有量は、好ましくは０～１％、０．０１～０．５％であり、特に好ましくは０．０５～０．４％である。また、ＳｎＯ_２、ＳＯ_３及びＣｌの合量は、好ましくは０～１％、０．００１～１％、０．０１～０．５％であり、特に好ましくは０．０５～０．３％である。

ＰｂＯは、高温粘性を低下させる成分であるが、環境的観点から、その使用を極力控えることが好ましい。ＰｂＯの含有量は、好ましくは０．５％以下であり、特に好ましくは０．１％未満である。

Ｂｉ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_５及びＷＯ_３は、屈折率を高める成分であるが、高価であり、大量入手が困難であるため、使用を極力控えることが望ましい。これら各成分の含有量は、好ましくは１％以下、特に好ましくは０．５％以下である。

Ｆｅ_２Ｏ_３とＣｒ_２Ｏ_３は、原料不純物として混入する成分であるが、これらの成分が多くなると、ガラス板の内部の透過率が低下し易くなる。よって、Ｆｅ_２Ｏ_３の含有量は、好ましくは５００ｐｐｍ（０．０５％）以下、２００ｐｐｍ以下、１００ｐｐｍ以下、５０ｐｐｍ以下であり、特に好ましくは３０ｐｐｍ以下である。Ｃｒ_２Ｏ_３の含有量は、好ましくは５ｐｐｍ（０．０００５％）以下、３ｐｐｍ以下、２ｐｐｍ以下、１ｐｐｍ以下であり、特に好ましくは０．５ｐｐｍ以下である。なお、高純度のガラス原料を使用すると、Ｆｅ_２Ｏ_３とＣｒ_２Ｏ_３の含有量を低減することができる。

本発明のガラス板は、以下の特性を有することが好ましい。

密度は、好ましくは５．０ｇ／ｃｍ^３以下、４．８ｇ／ｃｍ^３以下、４．５ｇ／ｃｍ^３以下、４．３ｇ／ｃｍ^３以下、３．７ｇ／ｃｍ^３以下、特に３．５ｇ／ｃｍ^３以下である。このようにすれば、デバイスを軽量化することができる。なお、「密度」は、周知のアルキメデス法で測定可能である。

熱膨張係数は、好ましくは３０×１０^－７～１００×１０^－７／℃、４０×１０^－７～９０×１０^－７／℃、６０×１０^－７～８５×１０^－７／℃、特に６５×１０^－７～８０×１０^－７／℃である。熱膨張係数が上記範囲外になると、ガラス板の表面に反射膜等の機能膜を形成した場合に、ガラス板が反り易くなる。なお、「熱膨張係数」は、ディラトメーターで測定した値であり、３０～３８０℃の温度範囲における平均値を指す。

歪点は、好ましくは５００℃以上、５５０℃以上、６００℃以上、６２０℃以上、特に６４０℃以上である。歪点が低過ぎると、デバイスの製造工程における高温の熱処理により、ガラス板が熱収縮し易くなる。なお、「歪点」は、ＡＳＴＭＣ３３６の方法に基づいて測定した値を指す。

高温粘度１０^２．５ｄＰａ・ｓにおける温度は、好ましくは１４００℃以下、１３００℃以下、１２００℃以下、特に１１００℃以下である。このようにすれば、溶融性が低下して、ガラス板の生産効率が低下する。なお、「高温粘度１０^２．５ｄＰａ・ｓにおける温度」は、白金球引き上げ法で測定した値を指す。

液相温度は、好ましくは１２００℃以下、１１５０℃以下、１１３０℃以下、１１００℃以下、１０５０℃以下、１０３０℃以下、１０００℃以下、９８０℃以下、特に９５０℃以下である。また、液相粘度は、好ましくは１０^３．０ｄＰａ・ｓ以上、１０^３．５ｄＰａ・ｓ以上、１０^４．０ｄＰａ・ｓ以上、１０^４．５ｄＰａ・ｓ以上、１０^４．８ｄＰａ・ｓ以上、１０^５．０ｄＰａ・ｓ以上、１０^５．２ｄＰａ・ｓ以上、特に１０^５．３ｄＰａ・ｓ以上である。このようにすれば、成形時にガラスが失透し難くなるため、フロート法、オーバーフローダウンドロー法等でガラス板を成形し易くなる。ここで、「液相温度」は、標準篩３０メッシュ（５００μｍ）を通過し、５０メッシュ（３００μｍ）に残るガラス粉末を白金ボートに入れ、温度勾配炉中に２４時間保持して、結晶の析出する温度を測定した値を指す。

光路長１０ｍｍ、波長５５０ｎｍにおける内部透過率は、好ましくは８０％以上、８５％以上、９０％以上、特に９５％以上である。内部透過率が低過ぎると、ガラス板の内部で光の損失が大きくなる。

本発明のガラス板において、板厚は、好ましくは３ｍｍ以下、２ｍｍ以下、特に１ｍｍ以下が好ましく、また０．０１ｍｍ以上、０．０３ｍｍ以上、特に０．０５ｍｍ以上が好ましい。ガラス板の板厚が大き過ぎると、ガラス板の質量が大きくなるため、ヘッドマウントディスプレイの導光板等に適用し難くなる。一方、ガラス板の板厚が小さ過ぎると、デバイスを組み立てる際にハンドリングが困難になる。

本発明のガラス板は、オーバーフローダウンドロー法、スロットダウン法、リドロー法、フロート法、ロールアウト法で成形されてなることが好ましく、特にオーバーフローダウンドロー法で成形されてなることが好ましい。このようにすれば、ガラス板の主面の表面平滑性を高めることができる。

本発明のガラス板は、一方の主面上に凹凸構造が形成されていることが好ましい。このようにすれば、ガラス板の内部を伝搬した光が外部へ出射し易くなる。結果として、ヘッドマウントディスプレイの映像が鮮明になる。凹凸構造としては、例えば、周期構造を形成し、回折現象により光を外部へ取り出す構造が好ましい。凹凸構造の形成方法としては、例えば、フォトリソグラフィ法、マスクを用いたスパッタ法、均一な膜形成後にレーザーを用いて局所的にエッチングする方法、金型を用いたインプリント法等の方法を採択することができる。

本発明のガラス板を複数枚積層させて、積層体とすることが好ましい。このようにすれば、表示画像の奥行き方向に異なる映像を投影することが可能になり、３Ｄ表示を実現し易くなる。積層方法としては、赤色表示、緑色表示、青色表示のそれぞれに対応したガラス板を積層することが好ましい。積層枚数は、例えば３枚以上、５枚以上、特に１０枚以上である。

以下、実施例に基づいて、本発明を詳細に説明する。但し、以下の実施例は、単なる例示である。本発明は、以下の実施例に何ら限定されない。

表１は、試料Ｎｏ．１～１０を示している。なお、表中の「Ｎ．Ａ．」は、未測定を意味する。

次のようにして、表中の各試料を作製した。まず表中のガラス組成となるように、ガラス原料を調合し、白金ポットを用いて１４００℃で２４時間溶融した。次に、得られた溶融ガラスをカーボン板の上に流し出し、平板形状に成形した。得られたガラス板について、表中の特性を評価した。

密度は、周知のアルキメデス法によって測定した値である。

熱膨張係数αは、ディラトメーターで測定した値であり、３０～３８０℃の温度範囲における平均値である。

歪点、徐冷点は、ＡＳＴＭＣ３３６の方法に基づいて測定した値である。軟化点は、ＡＳＴＭＣ３３８の方法に基づいて測定した値である。高温粘度１０^４．０ｄＰａ・ｓ、１０^３．０ｄＰａ・ｓ、１０^２．５ｄＰａ・ｓ及び１０^２．０ｄＰａ・ｓにおける温度は、白金球引き上げ法で測定した値である。

液相温度は、標準篩３０メッシュ（５００μｍ）を通過し、５０メッシュ（３００μｍ）に残るガラス粉末を白金ボートに入れ、温度勾配炉中に２４時間保持して、結晶の析出する温度を測定した値である。また、液相粘度は、液相温度におけるガラスの粘度を白金球引き上げ法で測定した値である。

屈折率ｎｄは、２５ｍｍ×２５ｍｍ×約３ｍｍの直方体試料を作製した後、（徐冷点＋３０℃）から（歪点－５０℃）までの温度域を０．１℃／分になるような冷却速度でアニール処理し、続いて屈折率ｎｄが整合する浸液をガラス間に浸透させながら、島津製作所社製の屈折率測定器ＫＰＲ－２０００を用いて測定した値である。

続いて、表１の試料Ｎｏ．４のガラス組成になるようにガラス原料を調合し、得られたガラスバッチを連続溶融炉で溶融した後、オーバーフローダウンドロー法で板厚１ｍｍの板状に成形し、主面の表面粗さＲａが０．２ｎｍとなるガラス板をそれぞれ得た。得られたガラス板の端面について、ガラス板の主面と端面とのなす角が８９°、且つ端面の表面粗さＲａが５ｎｍになるように、砥石により研磨加工した。更に、一方の主面と端面の間に、更に表面粗さＲａが２ｎｍになる傾斜面を形成した。なお、他方の主面と端面とがなす角度は３５°であった。

続いて、ガラス板の一方の主面上に、フォトリソグラフィ法により、ＳｉＯ_２からなる周期的な凹凸構造を形成すると共に、凹凸構造の隙間を樹脂で充填した。得られたガラス板を７枚積層して積層体を得た。更に、表１の試料Ｎｏ．１についても、同様の方法により、積層体を得た。

続いて、表１の試料Ｎｏ．２のガラス組成になるようにガラス原料を調合し、得られたガラスバッチを連続溶融炉で溶融した後、オーバーフローダウンドロー法で板厚０．５ｍｍの板状に成形し、主面の表面粗さＲａが０．２ｎｍとなるガラス板をそれぞれ得た。得られたガラス板の端面について、ガラス板の主面と端面とのなす角が８９°、且つ端面の表面粗さＲａが０．５ｎｍになるように、レーザー加工した。更に、双方の主面と端面の間に、表面粗さＲａが０．５ｎｍになる傾斜面を形成した。なお、一方の主面と端面とがなす角度は４５°であり、且つ他方の主面と端面とがなす角度は４５°であった。

続いて、ガラス板の一方の主面上に、マスクを用いたスパッタ法により、ＳｉＯ_２からなる周期的な凹凸構造を形成すると共に、凹凸構造の隙間を樹脂で充填した。得られたガラス板を１０枚積層して積層体を得た。更に、表１の試料Ｎｏ．３についても、同様の方法により、積層体を得た。

このようにして得られた積層体は、各ガラス板の端面に光を照射した場合に、入射した光を各ガラス板の内部に伝搬することができる。よって、ヘッドマウントディスプレイの導光板として好適に使用することができる。

１ガラス板
１０ａ、１０ｂ主面
１１端面
１２、１２１、１２２傾斜面

Claims

屈折率ｎｄが１．５５～２．３０であり、
主面と端面とのなす角度が８５～９０°であり、
ガラス組成中にＴｉＯ _２を１５～３５質量％含み、
該端面の表面粗さＲａが１μｍ以下であり、
一方の主面上に凹凸構造が形成されており、該凹凸構造の隙間が樹脂で充填されていることを特徴とするガラス板。
端面と主面の間の領域の少なくとも一部に傾斜面を有することを特徴とする請求項１に記載のガラス板。
複数の傾斜面を有することを特徴とする請求項２に記載のガラス板。
少なくとも一方の主面の表面粗さＲａが１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１～３の何れかに記載のガラス板。
ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ_２１０～６０％、ＢａＯ１～４０％、ＴｉＯ_２＋Ｌａ_２Ｏ_３１５～４０％を含有することを特徴とする請求項１～４の何れかに記載の高屈折率ガラス。
凹凸構造が周期構造であることを特徴とする請求項１～５の何れかに記載のガラス板。
ヘッドマウントディスプレイの導光板に用いることを特徴とする請求項１～６の何れかに記載のガラス板。