KR20150056457A

KR20150056457A - 광학 소자 및 화상 표시 장치 및 이들의 제조 방법

Info

Publication number: KR20150056457A
Application number: KR1020140148181A
Authority: KR
Inventors: 히로유끼 다쯔기
Original assignee: 세이코 엡슨 가부시키가이샤
Priority date: 2013-11-15
Filing date: 2014-10-29
Publication date: 2015-05-26
Also published as: CN104656181B; US20170293149A1; CN104656181A; JP6225657B2; US20150138646A1; TW201518795A; US9738041B2; JP2015096883A

Abstract

본 발명의 과제는, 적층 구조의 도광판을 사용하는 경우라도, 표리면의 높은 평탄 정밀도를 갖고, 막 열화나, 이물질 혹은 기포의 혼입의 우려를 방지하는 것이다.
반투과 반사층(3)이 형성된 광 투과성의 평판 부재를 내부에 구비한 도광판(2)과, 도광판(2)을 균일하게 덮는 광 투과성의 접착제(5)의 층 또는 수지층을 구비하고, 접착제(5)의 층 또는 수지층의 굴절률은, 도광판(2)의 굴절률과는 다른 굴절률로 하고, 도광판(2)의 광 출사면측의 접착제(5)의 층 또는 수지층의 제1 표면과, 도광판(2)의 광 출사면과의 대향면측의 접착제(5)의 층 또는 수지층의 제2 표면을 평행하게 유지한다.

Description

광학 소자 및 화상 표시 장치 및 이들의 제조 방법{OPTICAL ELEMENT, IMAGE DISPLAY DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}

본 발명은, 도광판 등의 광학 소자 및 화상 표시 장치 및 이들의 제조 방법에 관한 것이다.

허상 디스플레이는, 광원과 광원으로부터 발해진 광을 투과시키는 투과형 표시 소자(LCD, OLED 등)를 갖고 있다. 정보를 포함하는 광으로서 표시광을 발하는 광원과, 이 정보를 포함하는 광을 관찰자 방향으로 반사 또는 회절하도록 배치된 도광판을 구비하고, 도광판에 의해 형성되는 허상을 관찰자 전방에서 시인할 수 있도록 한 허상 디스플레이 장치가 제안되어 있다(특허문헌 1).

일본 특허 공표 제2003-536102호 공보

그러나, 특허문헌 1에 의하면, 반투과 반사층을 구비한 도광판으로서, 예를 들어 적층 구조의 도광판이 사용되지만, 적층 구조의 도광판을 제조하는 경우에는, 도광판의 표리면의 평탄 정밀도 및 경면을 내는 것이 곤란하다. 또한, 적층 구조의 경우에는, 반투과 반사층이 노출되므로, 막 열화의 우려가 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 사정을 고려하여, 적층 구조의 도광판을 사용하는 경우라도, 표리면의 높은 평탄 정밀도를 갖고, 막 열화나, 이물질 혹은 기포가 혼입될 우려가 없는 광학 소자 및 광학 소자의 제조 방법, 및 광학 디바이스를 제공하는 것을 해결 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 광학 소자의 제1 형태는, 도광판과, 상기 도광판의 제1 면에 접하도록 배치된 제1 투광재와, 상기 도광판의 상기 제1 면과 반대측에 위치하는 제2 면에 접하도록 배치된 제2 투광재를 갖고, 상기 도광판은, 투광성의 재료를 포함하는 제1 부분과, 투광성의 재료를 포함하는 제2 부분과, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에 배치된 제1 반투과 반사층을 구비하고, 상기 제1 반투과 반사층은, 상기 제1 면 및 상기 제2 면에 대하여 경사지도록 배치되고, 상기 제1 투광재, 상기 제2 투광재, 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분은, 굴절률이 동등하고, 상기 제1 투광재의 상기 제1 면에 접하는 면과는 반대측에 위치하는 면은, 상기 제2 투광재의 상기 제2 면에 접하는 면과는 반대측에 위치하는 면과, 평행하게 되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

상술한 본 발명에 따른 광학 소자의 제1 형태에 의하면, 도광판의 제1 부분 및 제2 부분의 굴절률과 동등한 굴절률의 제1 투광재를 도광판의 제1 면에 접하도록 배치하고, 도광판의 제1 부분 및 제2 부분의 굴절률과 동등한 굴절률의 제2 투광재를 도광판의 제1 면과 반대측에 위치하는 제2 면에 접하도록 배치하고, 제1 투광재의 제1 면에 접하는 면과는 반대측에 위치하는 면은, 제2 투광재의 제2 면에 접하는 면과는 반대측에 위치하는 면과, 평행하게 되도록 배치되어 있다. 따라서, 제1 반투과 반사층을 구비한 도광판의 광 출사면과 그 대향면이 평행하지 않은 경우라도, 제1 투광재와 제2 투광재를 구비한 제1 형태의 광학 소자는, 광 출사면과 그 대향면의 평행이 유지되어 있다. 또한, 제1 투광재, 제2 투광재, 제1 부분 및 제2 부분의 굴절률에 차가 있었던 경우라도, ±10％ 정도의 굴절률 차라면 굴절이 발생하지 않으므로, 「동등하다」에 포함된다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 광학 소자의 제2 형태는, 도광판과, 상기 도광판의 제1 면측에 배치되고, 투광성의 재료를 포함하는 제1 기판과, 상기 도광판의 상기 제1 면과 반대측에 위치하는 제2 면측에 배치되고, 투광성의 재료를 포함하는 제2 기판과, 상기 도광판과 상기 제1 기판 사이에 배치된 제1 투광재와, 상기 도광판과 상기 제2 기판 사이에 배치된 제2 투광재를 갖고, 상기 도광판은, 투광성의 재료를 포함하는 제1 부분과, 투광성의 재료를 포함하는 제2 부분과, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에 배치된 제1 반투과 반사층을 구비하고, 상기 제1 반투과 반사층은, 상기 제1 면 및 상기 제2 면에 대하여 경사지도록 배치되고, 상기 제1 투광재, 상기 제2 투광재, 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분은, 굴절률이 동등하고, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판은, 상기 제1 투광재 및 상기 제2 투광재와는 다른 굴절률이고, 상기 제1 기판의 상기 도광판측에 위치하는 면은, 상기 제2 기판의 상기 도광판측에 위치하는 면과, 평행하게 되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

상술한 본 발명에 따른 광학 소자의 제2 형태에 의하면, 도광판의 제1 부분 및 제2 부분의 굴절률과 동등한 굴절률의 제1 투광재를, 투광성의 재료로 이루어지고, 도광판의 제1 면측에 배치된 제1 기판과, 도광판과의 사이에 배치하고, 도광판의 제1 부분 및 제2 부분의 굴절률과 동등한 굴절률의 제2 투광재를, 투광성의 재료로 이루어지고, 도광판의 제1 면과 반대측에 위치하는 제2 면측에 배치된 제2 기판과, 도광판과의 사이에 배치하고, 제1 기판의 도광판측에 위치하는 면은, 제2 기판의 도광판측에 위치하는 면과, 평행하게 되도록 배치되어 있다. 따라서, 제1 반투과 반사층을 구비한 도광판의 광 출사면과 그 대향면이 평행하지 않은 경우라도, 제1 기판 및 제2 기판과 제1 투광재 및 제2 투광재를 구비한 제2 형태의 광학 소자는, 광 출사면과 그 대향면의 평행이 유지되어 있다. 또한, 제1 투광재, 제2 투광재, 제1 부분 및 제2 부분의 굴절률에 차가 있었던 경우라도, ±10％ 정도의 굴절률 차라면 굴절이 발생하지 않으므로, 「동등하다」에 포함된다.

상술한 본 발명에 따른 광학 소자의 제2 형태에 있어서, 상기 도광판의 상기 제1 면은, 상기 제1 기판의 상기 도광판측에 위치하는 면에 대하여 경사지도록 배치되고, 상기 도광판의 상기 제2 면은, 상기 제2 기판의 상기 도광판측에 위치하는 면에 대하여 경사지도록 배치되어 있어도 된다. 이 경우는, 도광판의 제1 면과 제2 면이 제1 기판과 제2 기판의 도광판측에 위치하는 면에 대하여 경사져 있어도, 제1 기판의 도광판측에 위치하는 면과, 제2 기판의 도광판측에 위치하는 면이 평행하게 되도록 배치되어 있으므로, 광학 소자의 광 출사면과 그 대향면의 평행이 유지되어 있다.

상술한 본 발명에 따른 광학 소자의 제1 형태 또는 제2 형태에 있어서, 상기 도광판은, 투광성의 재료를 포함하는 제3 부분과, 상기 제2 부분과 상기 제3 부분 사이에 배치된 제2 반투과 반사층을 구비하고, 상기 제2 반투과 반사층은, 상기 제1 반투과 반사층과 평행하게 되도록 배치되고, 상기 제2 반투과 반사층은, 상기 제3 부분측으로부터 입사한 광의 적어도 일부를 상기 제1 면측을 향해 반사하고, 또한 상기 제3 부분측으로부터 입사한 광의 다른 일부를 투과하고, 상기 제1 반투과 반사층은, 상기 제2 부분측으로부터 입사한 상기 제2 반투과 반사층을 투과한 광의 적어도 일부를 상기 제1 면측을 향해 반사하는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 제3 부분측으로부터 입사한 광이, 제2 반투과 반사층에 의해 제1 면측을 향해 반사되면서 제2 부분측으로 진행하고, 또한 제1 반투과 반사층으로부터 제1 면측을 향해 반사된다. 따라서, 입사한 광을 도광하면서 제1 면측에 출사하므로, 관찰자에 대해 큰 허상을 표시시킬 수 있다.

상술한 본 발명에 따른 광학 소자의 제1 형태 또는 제2 형태에 있어서, 상기 제1 반투과 반사층의 상기 제2 부분측의 반사율은, 상기 제2 반투과 반사층의 상기 제3 부분측의 반사율보다도 높은 것이 바람직하다. 이 경우에는, 광로 길이가 길어진 경우라도, 휘도 불균일의 발생을 피할 수 있다.

상술한 본 발명에 따른 광학 소자의 제1 형태 또는 제2 형태에 있어서, 상기 제1 반투과 반사층에 있어서의, 상기 제2 면측의 단부로부터 상기 제1 면으로 내린 수선은, 상기 제2 반투과 반사층의 상기 제1 면측의 단부와, 상기 제1 면에서 교차하는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 광 출사면에 있어서, 반사광이 도달하지 않는 영역이 없어져, 흑색 줄무늬의 발생을 방지할 수 있다.

상술한 본 발명에 따른 광학 소자의 제1 형태 또는 제2 형태에 있어서, 상기 제1 부분의 상기 제1 반투과 반사층과 반대측의 위치에 제1 차광층을 갖는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 차광층에 의해 외광을 저지하여, 광 출사면에서 표시되는 화상이 보기 어려워지는 일이 없다.

상술한 본 발명에 따른 광학 소자의 제1 형태 또는 제2 형태에 있어서, 상기 제2 투광재의 상기 도광판과 반대측의 위치에 제2 차광층을 갖는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 차광층에 의해 외광을 저지하여, 광 출사면에서 표시되는 화상이 보기 어려워지는 일이 없다.

상술한 본 발명에 따른 광학 소자의 제1 형태 또는 제2 형태에 있어서, 상기 도광판에 광을 도입하는 투광성의 도입 블록과, 상기 도입 블록을 향하도록 광을 반사시키는 미러를 갖는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 미러와 도입 블록에 의해 광이 도광판에 도입되고, 입사한 광은 도광되면서 반사되므로, 관찰자에 대하여 큰 허상을 표시시킬 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 광학 소자의 제조 방법의 제1 형태는, 도광판을 대향면이 평행한 직사각형 오목부를 갖는 형의 그 직사각형 오목부에 적재하는 공정과, 상기 직사각형 오목부와 상기 도광판의 간극에, 경화성의 투광재를 충전하는 공정과, 상기 경화성의 투광재를 경화시키는 공정을 갖고, 상기 도광판은, 투광성의 재료를 포함하는 제1 부분과, 투광성의 재료를 포함하는 제2 부분과, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에 배치된 제1 반투과 반사층을 구비하고, 상기 제1 반투과 반사층은, 상기 제1 면 및 상기 제2 면에 대하여 경사지도록 배치되고, 상기 경화성의 투광재, 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분은, 굴절률이 동등한 것을 특징으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 광학 소자의 제조 방법의 제2 형태는, 도광판에 경화성의 투광재를 도포하는 공정과, 상기 경화성의 투광재가 도포된 상기 도광판을, 투광성의 재료를 포함하는 제1 기판과 투광성의 재료를 포함하는 제2 기판으로 끼움 지지하는 공정과, 상기 제1 기판의 상기 도광판측에 위치하는 면과 상기 제2 기판의 상기 도광판측에 위치하는 면이 평행한 상태에서 상기 경화성의 투광재를 경화시키는 공정을 갖고, 상기 도광판은, 투광성의 재료를 포함하는 제1 부분과, 투광성의 재료를 포함하는 제2 부분과, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에 배치된 제1 반투과 반사층을 구비하고, 상기 제1 반투과 반사층은, 상기 제1 면 및 상기 제2 면에 대하여 경사지도록 배치되고, 상기 경화성의 투광재, 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분은, 굴절률이 동등한 것을 특징으로 한다.

상술한 본 발명에 따른 광학 소자의 제조 방법의 제1 형태 또는 제2 형태에 있어서, 상기 도광판은, 상기 제1 부분으로 되는 제1 평판 부재의 한쪽 면에 상기 제1 반투과 반사층을 증착하고, 상기 제1 평판 부재의 상기 한쪽 면측에, 상기 제2 부분으로 되는 제2 평판 부재를 상기 제1 반투과 반사층의 경사각에 따라서, 상기 제1 평판 부재와 상기 제2 평판 부재를 어긋나게 적층하고, 상기 적층한 상기 제1 평판 부재와 상기 제2 평판 부재를 절단함으로써 형성하는 것을 특징으로 한다.

다음으로, 본 발명에 따른 화상 표시 장치는, 상술한 본 발명에 따른 광학 소자를 구비한다. 그러한 화상 표시 장치는, 액정 디스플레이 등의 화상 형성부나 콜리메이트 광학계를 구비해도 되고, 헤드 마운트 디스플레이 등과 같이 관찰자의 머리부에 장착하는 형태에 적합하게 할 수 있다.

도 1은 제1 실시 형태에 따른 광학 디바이스를 도시하는 측면도.
도 2는 도광판을 도시하는 측면도.
도 3은 제2 실시 형태에 따른 광학 디바이스를 도시하는 측면도.
도 4는 제3 실시 형태에 따른 도광판의 제조 방법을 설명하기 위한 측면도.
도 5는 접착제층과 일체의 도광판을 도시하는 측면도.
도 6은 제4 실시 형태에 따른 도광판의 반투과 반사층의 위치를 설명하기 위한 모식도로, (A)는 흑색 줄무늬가 발생하는 경우의 반투과 반사층의 위치 관계를 설명하기 위한 모식도, (B)는 도광판의 두께를 두껍게 한 경우의 반투과 반사층의 위치 관계를 설명하기 위한 모식도, (C)는 도광판에 있어서 적층하는 광 투과성의 수지 재료의 두께를 얇게 한 경우의 반투과 반사층의 위치 관계를 설명하기 위한 모식도.
도 7은 응용예의 헤드 마운트 디스플레이를 도시하는 사시도.

이하, 첨부의 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 다양한 실시 형태를 설명한다. 또한, 도면에 있어서는, 각 부의 치수 비율은 실제의 것과는 적절하게 다르게 되어 있다. 또한, 이하에 설명하는 실시 형태에서는, 본 발명의 광학 소자를, 관찰자의 헤드부에 장착하는 형태의 화상 표시 장치의 일례인 헤드 마운트 디스플레이에 적용한 경우를 예로 들어 설명하지만, 이러한 실시 형태는, 본 발명의 일 형태를 나타내는 것으로, 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 임의로 변경 가능하다.

<제1 실시 형태>

도 1은, 제1 실시 형태에 따른 광학 디바이스(1)의 전체 이미지를 도시하는 측면도이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 광학 디바이스(1)는 도광판(2)과, 상면 평판(6)과, 하면 평판(7)과, 도입 블록(8)과, 투사광 도입 미러(9)와, 미러 지지판(10)을 구비하고 있다.

도광판(2)은, 도 2에 도시하는 바와 같이, 광 투과성의 수지 재료 등에 의해 형성된 판 형상의 부재에, 반투과 반사층(3)을 증착 등에 의해 형성하고, 반투과 반사층(3)이 형성된 판 형상 부재를 사향각(斜向角)에 따라서 어긋나게 접착제(4)에 의해 겹쳐 붙임을 행하고, 절단함으로써 제작된다.

상면 평판(6)과 하면 평판(7)에 도광판(2)을 접착제(5)에 의해 부착하여, 프레스에 의해 상면 평판(6)과 하면 평판(7)의 평행을 유지한다. 접착제(5)의 굴절률은, 도광판(2)의 굴절률과 동일하거나, 혹은 가까운 굴절률로 설정되어 있다.

상면 평판(6)은, 광 투과성의 수지 재료 등에 의해 형성된 판 형상의 부재이며, 도 1에 있어서 Y 방향을 상측 방향으로 하면, 적어도 최상면이 평탄하게 형성되어 있다. 상면 평판(6)의 굴절률은, 접착제(5) 및 도광판(2)과 다른 굴절률로 설정되어 있다. 상술한 바와 같이, 상면 평판(6)과 하면 평판(7)은 프레스에 의해 평행하게 유지되어 있다. 또한, 도입 블록(8)과의 접합면은 평탄한 것이 바람직하다. 또한, 접착제(5)를 사용하는 대신에, 도광판(2)을 상면 평판(6)과 하면 평판(7) 사이에 끼우고, 도광판(2)과 상면 평판(6) 및 하면 평판(7)과의 간극에, 수지를 충전하도록 해도 된다. 이 경우, 수지(5)의 굴절률은, 도광판(2)의 굴절률과 동일하거나, 혹은 가까운 굴절률로 설정하면 된다.

하면 평판(7)은, 광 투과성의 수지 재료 등에 의해 형성된 판 형상의 부재이며, 도 1에 있어서 Y 방향을 상측 방향으로 하면 최하면이 평탄하게 형성되어 있다. 하면 평판(7)의 굴절률은, 상면 평판(6)과 동일한 굴절률로 설정되어 있다. 상술한 바와 같이, 상면 평판(6)과 하면 평판(7)은 프레스에 의해 평행하게 유지되어 있다. 또한, 도입 블록(8)과의 접합면은 평탄한 것이 바람직하다.

도입 블록(8)은, 광 투과성의 수지 재료 등에 의해 형성된 부재이며, 적어도 각 대면(對面)은 평행하게 형성되어 있다. 도 1의 Y 방향에 있어서의 도입 블록(8)의 높이는, 마찬가지로 Y 방향에 있어서의 상면 평판(6)의 최상면으로부터 하면 평판(7)의 최하면까지의 간격과 동등하게 되어 있다. 상면 평판(6) 및 하면 평판(7)과 도입 블록(8)은, 직각으로 접속되어 있다.

투사광 도입 미러(9)는, 광 투과성의 수지 재료 등에 의해 형성된 미러 지지판(10)에 부착되고, 도 1의 Y 방향을 상방향으로 하면, 그 단부가 도입 블록(8)의 상면에 장착되어 있다.

상면 평판(6) 및 하면 평판(7) 및 도광판(2)의 도 1에 있어서의 X 방향의 단부에는, 예를 들어 흑색의 도료를 포함하는 차광층(11)이 형성되어 있다.

이상과 같은 광학 디바이스(1)에 있어서, 화상 표시원(20)으로부터 화상광이 투사되면, 화상광은, 투사광 도입 미러(9)에 의해 반사되고, 도입 블록(8)에 의해, 도광판(2)으로 유도된다. 도광판(2)으로 유도된 광은, 일부는 반투과 반사층(3)에 의해 반사되어 관찰자의 눈(EY)에 도달한다. 또한, 반사광의 일부는, 상면 평판(6) 및 하면 평판(7)에서 반사되어 도광판(2) 내를 진행한다. 또한, 반투과 반사층(3)에 의해 반사되지 않았던 광도 상면 평판(6) 및 하면 평판(7)에서 반사되어 도광판(2) 내를 진행한다. 여기서, 적어도 상면 평판(6)의 최상면 및 하면 평판(7)의 최하면은, 평탄성을 갖고, 평행하게 유지되어 있다. 따라서, 상면 평판(6) 및 하면 평판(7)에서 반사되는 광은 전반사 조건을 충족시킨 상태에서 도광됨으로써, 광량의 손실이 없다.

상술한 바와 같이, 도광판(2)은 광 투과성의 수지 재료 등에 의해 형성된 판 형상의 부재에, 반투과 반사층(3)을 증착 등에 의해 형성하고, 반투과 반사층(3)이 형성된 판 형상 부재를 사향각에 따라서 비스듬히 접착제(4)에 의해 겹쳐 붙임을 행하고, 절단함으로써 제작된다. 따라서, 도광판(2)의 상면과 하면에 평탄성을 갖게 하는 것이 어렵고, 도광판(2)의 상면과 하면의 평행을 유지하는 것도 어렵다.

그러나, 본 실시 형태의 도광판(2)은, 접착제(5)에 의해, 적어도 최상면이 평탄한 상면 평판(6)과, 적어도 최하면이 평탄한 하면 평판(7)의 양방에 부착된다. 그리고, 적어도 상면 평판(6)의 최상면과 하면 평판(7)의 최하면은, 프레스에 의해 평행하게 유지되어 있다.

따라서, 적층 구조의 도광판(2)을 사용하는 경우라도, 상면 평판(6)과 하면 평판(7)과 도광판(2)을 일체의 도광판으로 생각한 경우에는, 도광판의 상면과 하면의 평탄성을 확보하고, 상면과 하면의 평행을 양호하게 유지할 수 있다. 또한, 평탄성에 대해서는, 도광판(2)을 제작할 때에 사용하는 평판 부재와 동일 정도의 평탄성이 있으면 된다.

또한, 상면 평판(6) 및 하면 평판(7)과 도광판(2)과의 사이에는, 접착제(5)가 충전되어 있으므로, 적층 구조의 도광판(2)을 제작하는 과정에서 반투과 반사층(3)이 노출되었다고 해도, 반투과 반사층(3)은 접착제(5)에 의해 덮이므로, 반투과 반사층(3)의 열화를 방지할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 단부에 차광층(11)이 형성되어 있으므로, 외광을 확실하게 저지할 수 있어, 화상이 보기 어려워지는 일이 없다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 따르면, 적층 구조의 도광판의 문제점을 해소하여, 양호한 허상 표시가 가능한 광학 소자를 제공할 수 있다.

<제2 실시 형태>

본 발명의 제2 실시 형태에 대하여 도 3을 참조하여 설명한다. 도광판(2)은, 도 3에 도시하는 바와 같이, 상면 평판(6) 및 하면 평판(7)에 대하여 비스듬한 상태로 부착해도 된다. 이와 같이 도광판(2)이 비스듬한 상태라도, 상면 평판(6) 및 하면 평판(7)과 도광판(2)과의 사이에는, 접착제(5)가 충전되어 있어, 상면 평판(6) 및 하면 평판(7)에 의해 최상면과 최하면의 평탄성, 및 최상면과 최하면의 평행을 유지할 수 있다. 본 실시 형태에 있어서도, 도광판(2) 자체의 상면 및 하면의 표면 거칠기는 접착제(5)에 의해 흡수할 수 있고, 상면과 하면의 평행도에 대해서도, 상면 평판(6) 및 하면 평판(7)에 의해 담보할 수 있다.

또한, 광학 디바이스(1)가 시스루(See-Through)형이 아닌 경우에는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 관찰자의 눈(EY)과 대향하는 표시면 이외의 면에는, 흑색의 도장 등에 의해, 차광층(11)을 형성하도록 해도 된다. 또한, 이 이외에도, 광의 입사부 및 출사부 이외의 면에 차광층(11)을 형성하도록 해도 된다.

<제3 실시 형태>

본 발명의 제3 실시 형태에 대하여 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다. 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에 있어서는, 접착제(5)를 사용하여 도광판(2)에 상면 평판(6) 및 하면 평판(7)을 부착하는 예에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이러한 예에 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, 도 4에 도시하는 바와 같이, 상하면 및 좌우면이 평행하게 유지된 금형(30)을 준비하고, 금형(30) 내에 도광판(2)을 넣어, 접착제(5) 또는 수지제를 충전하도록 해도 된다. 그리고, 접착제(5) 또는 수지제가 경화된 시점에서, 도 5에 도시하는 바와 같이 금형(30)을 제거하면, 접착제(5) 또는 수지제와 일체로 된 도광판(2)을 얻을 수 있다. 이 경우에는, 접착제(5) 또는 수지제의 상면과 하면의 평탄성과 평행도가 유지되게 된다. 또한, 평탄성에 대해서는, 도광판(2)을 제작할 때에 사용하는 평판 부재와 동일 정도의 평탄성이 있으면 된다.

<제4 실시 형태>

본 발명의 제4 실시 형태에 대하여 도 6을 참조하여 설명한다. 도 6의 (A)에 도시하는 바와 같이, 적층 구조의 도광판(2)에 있어서는, 광의 출사 방향 A에 평행한 방향에 있어서, 하나의 반투과 반사층(3)의 단부와, 당해 하나의 반투과 반사층(3)에 인접하는 다른 반투과 반사층(3)의 단부와의 간격 d가 존재하는 경우, 당해 간격 d의 영역으로부터는 반사광이 출사되지 않고, 표시되는 화상에 흑색 줄무늬가 나타나는 경우가 있다.

따라서, 본 실시 형태에 있어서는, 하나의 반투과 반사층(3)의 단부와, 당해 하나의 반투과 반사층(3)에 인접하는 다른 반투과 반사층(3)의 단부와의 간격 d가 없어지도록, 도 6의 (B)에 도시하는 바와 같이, 적층하는 광 투과성의 수지 재료의 두께가 동일한 경우에는, 광의 출사 방향 A에 있어서의 도광판(2)의 두께 w를 두껍게 하도록 해도 된다.

또한, 도 6의 (C)에 도시하는 바와 같이, 적층하는 광 투과성의 수지 재료의 두께 g를 얇게 하여, 하나의 반투과 반사층(3)의 단부와, 당해 하나의 반투과 반사층(3)에 인접하는 다른 반투과 반사층(3)의 단부와의 간격 d가 없어지도록 해도 된다.

도 6의 (B) 및 도 6의 (C)와 같이, 하나의 반투과 반사층(3)의 단부와, 당해 하나의 반투과 반사층(3)에 인접하는 다른 반투과 반사층(3)의 단부와의 간격 d가 없어지도록 구성한 도광판(2)을 사용하여, 제1 실시 형태 내지 제3 실시 형태와 같이 광학 디바이스(1)를 구성함으로써, 흑색 줄무늬가 없는 양호한 화상을 표시할 수 있다.

또한, 하나의 반투과 반사층(3)의 단부와, 당해 하나의 반투과 반사층(3)에 인접하는 다른 반투과 반사층(3)의 단부가, 광의 출사 방향 A에 평행한 방향에 있어서 지나치게 겹쳐지면, 밝은 줄무늬가 생기는 경우가 있으므로, 하나의 반투과 반사층(3)의 단부와, 당해 하나의 반투과 반사층(3)에 인접하는 다른 반투과 반사층(3)의 단부와의 간격 d가 없어지도록, 또한 밝은 줄무늬가 생기지 않을 정도로 구성하는 것이 바람직하다.

<변형예>

본 발명은 상술한 각 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 이하에 설명하는 각종 변형이 가능하다. 또한, 각 실시 형태 및 각 변형예를 적절하게 조합해도 되는 것은 물론이다.

(1) 반투과 반사층의 사향각 혹은 피치에 대해서는, 상술한 흑색 줄무늬가 나타나지 않는 구성이면, 적절하게 변경 가능하다.

(2) 반투과 반사층의 반사율은, 도광판에 있어서의 광 도입부로부터의 광로 길이의 증대에 따라서 높아지도록 해도 된다. 이 경우, 반사율은, 광로 길이의 증대에 따라서 연속적으로 변화시켜도 되고, 단계적으로 변화시켜도 된다. 이와 같이 하면, 광 도입부로부터 이격되어, 광로 길이가 길어진 경우라도, 휘도 불균일의 발생을 피할 수 있다.

(3) 광학 소자의 구성에 대해서는, 각 실시 형태에서 설명한 구성에 한정되는 것은 아니며, 접착제를 사용하여 상면 평판 및 하면 평판에 접착한 도광판, 혹은 탈형 등에 의해 접착제로 코팅한 도광판이면, 어떠한 구성의 광학 소자여도 된다.

<응용예>

본 발명의 광학 소자는, 예를 들어 도광판을 구비한 화상 표시 장치 중 하나인 헤드 마운트 디스플레이(HMD)에 사용할 수 있다. 이러한 헤드 마운트 디스플레이에 대하여 도 7을 참조하여 설명한다.

도 7은, 응용예에 관한 헤드 마운트 디스플레이(100)의 전체 이미지의 일례를 도시하는 사시도이다. 도 7에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 헤드 마운트 디스플레이(100)는, 안경과 같은 외관을 갖는 헤드 마운트 디스플레이이며, 이 헤드 마운트 디스플레이(100)를 장착한 관찰자에 대하여 허상에 의한 화상광을 인식시킬 수 있음과 함께, 관찰자에게 외부 이미지를 시스루로 관찰시킬 수 있다.

구체적으로 헤드 마운트 디스플레이(100)는, 도광판(40)과, 도광판(40)을 지지하는 좌우 한 쌍의 템플(131, 132)과, 템플(131, 132)에 부가된 한 쌍의 화상 형성 장치(111, 112)를 구비한다. 여기서, 도면 상에 있어서, 도광판(40)의 좌측과 화상 형성 장치(111)를 조합한 제1 표시 장치(100A)는, 우안용의 허상을 형성하는 부분이며, 단독으로도 화상 표시 장치로서 기능한다. 또한, 도면 상에 있어서, 도광판(40)에서 우측과 화상 형성 장치(112)를 조합한 제2 표시 장치(100B)는, 좌안용의 허상을 형성하는 부분이며, 단독으로도 화상 표시 장치로서 기능한다.

이러한 헤드 마운트 디스플레이(100)에 있어서, 좌안용 광학계의 도광판으로서, 도 1에 도시하는 광학 소자를 사용하고, 우안용 광학계의 도광판으로서, 도 1에 도시하는 광학 디바이스의 좌우를 반전시킨 것을 사용할 수 있다.

1 : 광학 디바이스
2 : 도광판
3 : 반투과 반사층
4 : 접착제
5 : 접착제
6 : 상면 평판
7 : 하면 평판
8 : 도입 블록
9 : 투사광 도입 미러
10 : 미러 지지판
11 : 차광층
20 : 화상 표시원
30 : 금형
100 : 헤드 마운트 디스플레이
100A, 100B : 표시 장치
111, 112 : 화상 형성 장치
131, 132 : 템플

Claims

도광판과,
상기 도광판의 제1 면에 접하도록 배치된 제1 투광재와,
상기 도광판의 상기 제1 면과 반대측에 위치하는 제2 면에 접하도록 배치된 제2 투광재
를 갖고,
상기 도광판은, 투광성의 재료를 포함하는 제1 부분과, 투광성의 재료를 포함하는 제2 부분과, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에 배치된 제1 반투과 반사층을 구비하고,
상기 제1 반투과 반사층은, 상기 제1 면 및 상기 제2 면에 대하여 경사지도록 배치되고,
상기 제1 투광재, 상기 제2 투광재, 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분은, 굴절률이 동등하고,
상기 제1 투광재의 상기 제1 면에 접하는 면과는 반대측에 위치하는 면은, 상기 제2 투광재의 상기 제2 면에 접하는 면과는 반대측에 위치하는 면과 평행하게 되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
도광판과,
상기 도광판의 제1 면측에 배치되고, 투광성의 재료를 포함하는 제1 기판과,
상기 도광판의 상기 제1 면과 반대측에 위치하는 제2 면측에 배치되고, 투광성의 재료를 포함하는 제2 기판과,
상기 도광판과 상기 제1 기판 사이에 배치된 제1 투광재와,
상기 도광판과 상기 제2 기판 사이에 배치된 제2 투광재
를 갖고,
상기 도광판은, 투광성의 재료를 포함하는 제1 부분과, 투광성의 재료를 포함하는 제2 부분과, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에 배치된 제1 반투과 반사층을 구비하고,
상기 제1 반투과 반사층은, 상기 제1 면 및 상기 제2 면에 대하여 경사지도록 배치되고,
상기 제1 투광재, 상기 제2 투광재, 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분은, 굴절률이 동등하고,
상기 제1 기판 및 상기 제2 기판은, 상기 제1 투광재 및 상기 제2 투광재와는 상이한 굴절률이고,
상기 제1 기판의 상기 도광판측에 위치하는 면은, 상기 제2 기판의 상기 도광판측에 위치하는 면과 평행하게 되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
제2항에 있어서,
상기 도광판의 상기 제1 면은, 상기 제1 기판의 상기 도광판측에 위치하는 면에 대하여 경사지도록 배치되고,
상기 도광판의 상기 제2 면은, 상기 제2 기판의 상기 도광판측에 위치하는 면에 대하여 경사지도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도광판은, 투광성의 재료를 포함하는 제3 부분과, 상기 제2 부분과 상기 제3 부분 사이에 배치된 제2 반투과 반사층을 구비하고,
상기 제2 반투과 반사층은, 상기 제1 반투과 반사층과 평행하게 되도록 배치되고,
상기 제2 반투과 반사층은, 상기 제3 부분측으로부터 입사한 광의 적어도 일부를 상기 제1 면측을 향해 반사하고, 또한 상기 제3 부분측으로부터 입사한 광의 다른 일부를 투과하고,
상기 제1 반투과 반사층은, 상기 제2 부분측으로부터 입사한 상기 제2 반투과 반사층을 투과한 광의 적어도 일부를 상기 제1 면측을 향해 반사하는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
제4항에 있어서,
상기 제1 반투과 반사층의 상기 제2 부분측의 반사율은, 상기 제2 반투과 반사층의 상기 제3 부분측의 반사율보다도 높은 것을 특징으로 하는 광학 소자.
제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 제1 반투과 반사층에 있어서의, 상기 제2 면측의 단부로부터 상기 제1 면으로 내린 수선은, 상기 제2 반투과 반사층의 상기 제1 면측의 단부와, 상기 제1 면에서 교차하는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 부분의 상기 제1 반투과 반사층과 반대측의 위치에 제1 차광층을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 투광재의 상기 도광판과 반대측의 위치에 제2 차광층을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도광판에 광을 도입하는 투광성의 도입 블록과,
상기 도입 블록을 향하도록 광을 반사시키는 미러
를 갖는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
도광판을 대향면이 평행한 직사각형 오목부를 갖는 형의 해당 직사각형 오목부에 재치(載置)하는 공정과,
상기 직사각형 오목부와 상기 도광판의 간극에, 경화성의 투광재를 충전하는 공정과,
상기 경화성의 투광재를 경화시키는 공정
을 갖고,
상기 도광판은, 투광성의 재료를 포함하는 제1 부분과, 투광성의 재료를 포함하는 제2 부분과, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에 배치된 제1 반투과 반사층을 구비하고,
상기 제1 반투과 반사층은, 상기 제1 면 및 상기 제2 면에 대하여 경사지도록 배치되고,
상기 경화성의 투광재, 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분은, 굴절률이 동등한 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.
도광판에 경화성의 투광재를 도포하는 공정과,
상기 경화성의 투광재가 도포된 상기 도광판을, 투광성의 재료를 포함하는 제1 기판과 투광성의 재료를 포함하는 제2 기판으로 협지(挾持)하는 공정과,
상기 제1 기판의 상기 도광판측에 위치하는 면과 상기 제2 기판의 상기 도광판측에 위치하는 면이 평행한 상태에서 상기 경화성의 투광재를 경화시키는 공정
을 갖고,
상기 도광판은, 투광성의 재료를 포함하는 제1 부분과, 투광성의 재료를 포함하는 제2 부분과, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에 배치된 제1 반투과 반사층을 구비하고,
상기 제1 반투과 반사층은, 상기 제1 면 및 상기 제2 면에 대하여 경사지도록 배치되고,
상기 경화성의 투광재, 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분은, 굴절률이 동등한 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.
제10항 또는 제11항에 있어서,
상기 도광판은,
상기 제1 부분으로 되는 제1 평판 부재의 한쪽 면에 상기 제1 반투과 반사층을 증착하고,
상기 제1 평판 부재의 상기 한쪽 면측에, 상기 제2 부분으로 되는 제2 평판 부재를 상기 제1 반투과 반사층의 경사각에 따라서, 상기 제1 평판 부재와 상기 제2 평판 부재를 어긋나게 적층하고,
상기 적층한 상기 제1 평판 부재와 상기 제2 평판 부재를 절단함으로써 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 광학 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.