KR20230093371A

KR20230093371A - 도광판 및 이것을 사용한 적층 도광판

Info

Publication number: KR20230093371A
Application number: KR1020237020549A
Authority: KR
Inventors: 토모키 야나세; 타카시 무라타
Original assignee: 니폰 덴키 가라스 가부시키가이샤
Priority date: 2015-07-30
Filing date: 2016-07-25
Publication date: 2023-06-27
Also published as: CN107850725B; WO2017018375A1; US20180217317A1; CN107850725A; EP3330754A1; EP3330754B1; KR102547043B1; JP2017032673A; EP3330754A4; KR20180033577A

Abstract

본 발명의 기술적 과제는 표시 화상의 해상도의 향상과 디바이스의 경량화에 이바지하는 도광판을 창안하는 것이다. 본 발명의 도광판은 이 기술적 과제를 해결하기 위해 유리판을 구비하는 도광판으로서 유리판의 굴절률(nd)이 1.56 이상이고, 또한 유리판의 판두께가 1.0mm 이하인 것을 특징으로 한다.

Description

도광판 및 이것을 사용한 적층 도광판 {LIGHT GUIDING PANEL AND LAMINATED LIGHT GUIDING PANEL USING SAME}

본 발명은 도광판 및 이것을 사용한 적층 도광판에 관한 것으로서, 특히 헤드 마운트 디스플레이, 3D 투영 디바이스 등에 바람직한 도광판 및 이것을 사용한 적층 도광판에 관한 것이다.

최근, 헤드 마운트 디스플레이로서, 모자의 차양으로부터 매달린 디스플레이에 영상을 투영시키는 디바이스, 디스플레이에 밖의 경치와 영상을 표시시키는 안경형 디바이스, 시쓰루(see-through) 도광판에 영상을 표시시키는 디바이스 등이 개발되어 있다.

시쓰루 도광판에 영상을 표시하는 디바이스에서는 안경을 통하여 외부의 경치를 보면서 도광판에 표시되는 영상을 볼 수 있지만, 또한 좌우로 다른 영상을 투영하는 기술을 이용해서 3D 표시를 실현하거나, 눈의 수정체를 이용해서 망막에 결합시키는 기술을 이용하여 가상 현실 공간을 실현하는 것도 가능하다.

도광판의 판재로서, 주로 아크릴 수지가 사용되고 있다. 그러나, 아크릴 수지는 굴절률(nd)(약 1.49)이 낮기 때문에 광학 설계의 자유도를 높이는 것이 곤란하다. 결과적으로, 아크릴 수지는 표시 화상의 해상도를 높이는 것이 곤란하다.

또한, 헤드 마운트 디스플레이는 두부에 장착할 필요가 있기 때문에, 경량화가 요구된다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이고, 그 기술적 과제는 표시 화상의 해상도의 향상과 디바이스의 경량화에 이바지하는 도광판을 창안하는 것이다.

본 발명자 등은 예의 검토한 결과, 고굴절률의 유리판을 박형화하고, 도광판에 사용하면 상기 기술적 과제를 해결할 수 있는 것을 찾아내고, 본 발명으로서 제안하는 것이다. 즉, 본 발명의 도광판은 유리판을 구비하는 도광판으로서, 유리판의 굴절률(nd)이 1.56 이상이고, 또한 유리판의 판두께가 1.0mm 이하인 것을 특징으로 한다. 여기서, 「굴절률(nd)」은 굴절률 측정기(예를 들면, Shimadzu Corporation 제작의 굴절률 측정기 KPR-2000)를 사용해서 측정한 값을 나타낸다.

본 발명의 도광판은 유리판을 구비한다. 유리판은 내부의 투과율이 높고, 또한 아크릴 수지에 비해서 스크래치가 나기 어렵고, 강성을 갖고 있다.

또한, 본 발명의 도광판은 유리판의 굴절률(nd)이 1.56 이상이다. 유리판의 굴절률(nd)을 1.56 이상으로 규제하면, 도광판의 광학 설계의 자유도를 높일 수 있다.

또한, 본 발명의 도광판은 유리판의 판두께가 1.0mm 이하이다. 유리판의 판두께를 1.0mm 이하로 제한하면, 도광판이 경량화되기 때문에 두부에 장착되는 헤드 마운트 디스플레이에 바람직하게 사용 가능하게 된다.

제 2 로, 본 발명의 도광판은 유리판의 끝면의 산술 표면 거칠기(Ra)가 1㎛이하인 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 유리판의 끝면으로부터 영상 신호를 효율적으로 입사시키는 것이 가능해진다. 여기서, 「산술 표면 거칠기(Ra)」는 Kosaka Laboratory Ltd. 제작 Surfcorder ET-4000AK를 이용하여, JIS B-0601(1994)을 따라서 측정한 값을 나타낸다.

제 3 으로, 본 발명의 도광판은 유리판의 양 표면과 끝면이 이루는 교차 각도가 각각 90°±3°이내인 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 유리판의 끝면으로부터, 영상 신호를 효율적으로 입사시키는 것이 가능해진다.

제 4 로, 본 발명의 도광판은 유리판의 광로 길이 10mm, 파장 550nm에 있어서의 내부 투과율이 80% 이상인 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 유리판에 입사한 후, 출사할 때까지의 광의 손실이 작아진다. 여기서, 「광로 길이 10mm, 파장 550nm에 있어서의 내부 투과율」은 Hitachi High-Tech Science Corporation 제작 분광광도계 UH 4150의 적분구를 이용하여 얻어진 측정 데이터로부터 판두께 환산을 행함으로써 광로 길이 10mm의 투과율을 산출한 것이다.

제 5 로, 본 발명의 도광판은 유리판이 유리 조성으로서 질량%로, SiO₂ 10∼60%, Al₂O₃ 0∼8%, BaO 10∼40%, TiO₂+La₂O₃ 3∼30%를 함유하고, 또한 액상 점도가 10^4.0dPa·s 이상인 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 내실투성과 굴절률이 높은 유리를 제작하기 쉬워진다. 여기서, 「TiO₂+La₂O₃」은 TiO₂와 La₂O₃의 합량을 나타낸다.「액상 점도」는 액상 온도에 있어서의 유리의 점도를 백금구 인상법으로 측정한 값을 나타낸다. 「액상 온도」는 표준체 30메쉬(500㎛)를 통과하고, 50메쉬(300㎛)에 남는 유리 분말을 백금 보트에 넣고, 온도 구배로 중에 24시간 유지하고, 결정의 석출하는 온도를 측정한 값을 나타낸다.

제 6 으로, 본 발명의 도광판은 유리판 중의 Fe₂O₃의 함유량이 0.05질량% 이하인 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 유리판의 내부 투과율을 높일 수 있다.

제 7 로, 본 발명의 도광판은 유리판 중의 Cr₂O₃의 함유량이 0.0005질량% 이하인 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 유리판의 내부 투과율을 높일 수 있다.

제 8 로, 본 발명의 도광판은 유리판의 굴곡이 0.1㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 표시 화상의 해상도를 높일 수 있다. 여기서, 「굴곡」은 SEMI D15-1296에 기재된 FPD용 유리 기판의 표면 굴곡의 측정 방법에 준해서 측정한 것이다.

제 9 로, 본 발명의 도광판은 유리판의 적어도 하나의 표면의 산술 표면 거칠기(Ra)가 0.5nm 미만인 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 적층 도광판으로 하는 경우에, 적층 정밀도를 높이기 쉬워지고, 또한 광학적인 어긋남을 억제하기 쉬워진다.

제 10 으로, 본 발명의 도광판은 유리판의 적어도 하나의 표면의 연필 경도가 3H 이상인 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 유리판의 표면에 스크래치가 나기 어려워지기 때문에, 장기에 걸쳐서 표시 화상의 해상도를 유지할 수 있다. 여기서, 「연필 경도」는 JIS K1600을 따라서 측정한 값을 나타낸다.

제 11 로, 본 발명의 도광판은 유리판이 곡면을 갖고, 그 곡률 반경이 200mm 이상인 것이 바람직하다. 여기서, 「곡률 반경」은 유리판의 최외측 표면에서 측정한 값을 나타낸다.

제 12 로, 본 발명의 도광판은 유리판의 끝면으로부터 30mm 이내의 위치에 영상 신호를 입사시키기 위한 입사 부재를 더 구비하는 것이 바람직하다. 유리판의 판두께가 작으면 광학 설계상, 유리판의 끝면으로부터 광을 입사시키는 것이 어렵게 된다. 이 경우, 유리판의 끝면의 근방에 입사 부재를 배치하면, 표시 화상의 해상도를 손상시키지 않고, 유리판에 광을 입사시키는 것이 가능하게 된다.

제 13 으로, 본 발명의 도광판은 헤드 마운트 디스플레이용 부재에 사용하는 것이 바람직하다.

제 14 로, 본 발명의 적층 도광판은 도광판을 복수매 적층시킨 적층 도광판으로서, 도광판이 상기의 도광판인 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 광의 초점이 맞는 장소를 변경할 수 있기 때문에 3D 표시를 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 적층 도광판의 일예를 나타내는 개념 사시도이다.

본 발명의 도광판에 있어서, 유리판의 판두께는 1.0mm 이하이고, 바람직하게는 0.7mm 이하, 0.5mm 이하, 0.4mm 이하, 0.3mm 이하, 0.25mm 이하, 0.2mm 이하, 0.15mm 이하, 0.1mm 이하, 특히 0.05mm 이하가 바람직하다. 유리판의 판두께가 지나치게 크면, 도광판의 질량이 커지기 때문에, 헤드 마운트 디스플레이 등의 용도에 적용하기 어려워진다. 특히, 복수매의 도광판을 적층시키는 경우에, 적층 도광판의 질량이 커진다. 한편, 유리판의 판두께가 지나치게 작으면, 디바이스를 조립할 때에 핸들링이 곤란해진다. 따라서, 유리판의 판두께는 0.01mm 이상, 특히 0.03mm 이상이 바람직하다.

본 발명의 도광판에 있어서, 유리판의 굴절률(nd)은 1.56 이상이고, 바람직하게는 1.58 이상, 1.60 이상, 1.62 이상, 1.65 이상, 1.68 이상, 특히 1.70 이상이다. 유리판의 굴절률(nd)이 너무 낮으면, 광학 설계의 자유도가 저하하기 쉬워진다. 한편, 유리판의 굴절률(nd)이 지나치게 높으면, 판 형상으로 성형하기 어려워지기 때문에, 도광판의 생산 효율이 저하하기 쉬워진다. 따라서, 유리판의 굴절률(nd)은 바람직하게는 2.00 이하, 1.90 이하, 1.85 이하, 특히 1.80 이하이다.

본 발명의 도광판에 있어서, 유리판의 끝면의 산술 표면 거칠기(Ra)는 바람직하게는 1㎛ 이하, 0.5㎛ 이하, 0.1㎛ 이하, 50nm 이하, 30nm 이하, 10nm 이하, 특히 1nm 이하이다. 유리판의 끝면의 산술 표면 거칠기(Ra)가 지나치게 크면, 유리판의 끝면으로부터 영상 신호를 입력할 때에, 광이 산란하기 때문에 표시 화상의 해상도가 저하하기 쉬워진다.

유리판의 양 표면과 끝면이 이루는 교차 각도는 각각 90°±3°이내, 90°±2°이내, 특히 90°±1°이내가 바람직하다. 유리판의 양 표면과 끝면이 이루는 교차 각도가 상기 범위밖이 되면, 유리판의 끝면으로부터 내부에 영상 신호를 전파시키기 쉬워진다.

유리판의 끝면은 레이저 광에 의한 절단면인 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 절단 시에 끝면의 표면이 거칠어지지 않고, 매끈매끈해지기 때문에 유리판의 끝면으로부터 영상 신호를 입력할 때에 광이 산란하기 어려워진다.

본 발명의 도광판에 있어서, 유리판은 유리 조성으로서 질량%로, SiO₂10∼60%, Al₂O₃ 0∼8%, BaO 10∼40%, TiO₂+La₂O₃ 3∼30%를 함유하는 것이 바람직하다. 상기한 바와 같이 유리 조성 범위를 규정한 이유를 하기에 나타낸다. 또한, 각 성분의 함유 범위의 설명에 있어서, %는 질량%를 의미한다.

SiO₂의 함유량은 10∼60%가 바람직하다. SiO₂의 함유량이 적어지면, 유리 메시 구조를 형성하기 어려워져, 유리화가 곤란해진다. 또한, 고온 점성이 지나치게 저하해서, 높은 액상 점도를 확보하기 어려워진다. 따라서, SiO₂의 함유량은 바람직하게는 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상, 38% 이상, 특히 40% 이상이다. 한편, SiO₂의 함유량이 많아지면, 용융성이나 성형성이 저하하기 쉬워지고, 또한 굴절률이 저하하기 쉬워진다. 따라서, SiO₂의 함유량은 바람직하게는 55% 이하, 51% 이하, 48% 이하, 특히 45% 이하이다.

Al₂O₃의 함유량은 0∼8%가 바람직하다. Al₂O₃의 함유량이 많아지면, 성형 시에 실투결정이 석출하기 쉬워져서, 액상 점도가 저하하기 쉬워지고, 또한 굴절률이 저하하기 쉬워진다. 따라서, Al₂O₃의 함유량은 바람직하게는 8% 이하, 7% 이하, 특히 6% 이하이다. 한편, Al₂O₃의 함유량이 적어지면, 유리 조성의 밸런스가 무너지고, 반대로 유리가 실투하기 쉬워진다. 따라서, Al₂O₃의 함유량은 바람직하게는 0.1% 이상, 0.5% 이상, 1% 이상, 3% 이상, 특히 5% 이상이다.

BaO는 알칼리 토류 금속 산화물 중에서는 고온 점성을 극단적으로 저하시키지 않고, 굴절률을 높이는 성분이다. BaO의 함유량은 10∼40%가 바람직하다. BaO의 함유량이 많아지면, 액상 점도가 낮아지고 쉽고, 또한 굴절률, 밀도, 열팽창 계수가 높아지기 쉽다. 따라서, BaO의 함유량은 바람직하게는 35% 이하, 32% 이하, 30% 이하, 특히 28% 이하이다. 한편, BaO의 함유량이 적어지면, 소망의 굴절률을 얻기 어려워지는데다가 높은 액상 점도를 확보하기 어려워진다. 따라서, BaO의 함유량은 바람직하게는 12% 이상, 15% 이상, 17% 이상, 20% 이상, 23% 이상, 특히 25% 이상이다.

TiO₂와 La₂O₃은 굴절률을 유효하게 높이는 성분이다. 따라서, TiO₂와 La₂O₃의 합량은 바람직하게는 3% 이상, 5% 이상, 8% 이상, 11% 이상, 15% 이상, 특히 17% 이상이다. 그러나, TiO₂와 La₂O₃의 합량이 많아지면, 내실투성이 저하하기 쉬워진다. 따라서, TiO₂와 La₂O₃의 합량은 바람직하게는 30% 이하, 25% 이하, 특히 22% 이하이다.

TiO₂는 희토류 산화물 등의 중금속 산화물을 제외하고, 일반적인 산화물 중에서는 굴절률을 가장 높이는 성분이다. 그러나, TiO₂의 함유량이 많아지면, 유리가 착색하거나, 내실투성이 저하하기 쉬워진다. 따라서, TiO₂의 함유량은 바람직하게는 0.1∼15%, 1∼12%, 2∼11%, 3∼10%, 4∼9%, 특히 5∼8%이다.

La₂O₃은 굴절률을 유효하게 높이는 성분이다. 그러나, La₂O₃의 함유량이 많아지면, 액상 온도가 저하하기 쉬워진다. 따라서, La₂O₃의 함유량은 바람직하게는 0∼15%, 1∼13%, 5∼12%, 특히 7∼11%이다.

상기 성분 이외에도, 임의 성분으로서, 예를 들면 이하의 성분을 첨가할 수 있다.

B₂O₃의 함유량은 0∼10%가 바람직하다. B₂O₃의 함유량이 많아지면, 굴절률이나 영률이 저하하기 쉬워진다. 따라서, B₂O₃의 함유량은 바람직하게는 8% 이하, 특히 6% 이하이다. 한편, B₂O₃의 함유량이 적어지면, 액상 온도가 저하하기 쉬워진다. 따라서, B₂O₃의 함유량은 바람직하게는 1% 이상, 3% 이상, 특히 5% 이상이다.

MgO의 함유량은 0∼12%가 바람직하다. MgO는 영률을 높이는 성분임과 아울러, 고온 점도를 저하시키는 성분이지만, MgO를 다량으로 함유시키면, 굴절률이 저하하기 쉬워지거나, 액상 온도가 상승하고, 내실투성이 저하하거나 밀도나 열팽창 계수가 지나치게 높아진다. 따라서, MgO의 함유량은 바람직하게는 10% 이하, 5% 이하, 3% 이하, 2% 이하, 1.5% 이하, 1% 이하, 특히 0.5% 이하이다.

CaO의 함유량은 0∼15%가 바람직하다. CaO의 함유량이 많아지면, 밀도, 열팽창 계수가 높게 되기 쉽고, 그 함유량이 지나치게 많으면 유리 조성의 밸런스가 무너져서, 내실투성이 저하하기 쉬워진다. 따라서, CaO의 함유량은 바람직하게는 13% 이하, 10% 이하, 특히 9% 이하이다. 한편, CaO의 함유량이 적어지면, 용융성이 저하하거나, 영률이 저하하거나, 굴절률이 저하하기 쉬워진다. 따라서, CaO의 함유량은 바람직하게는 1% 이상, 3% 이상, 5% 이상, 특히 6% 이상이다.

SrO의 함유량은 0∼15%가 바람직하다. SrO의 함유량이 많아지면, 굴절률, 밀도, 열팽창 계수가 높게 되기 쉽고, 그 함유량이 지나치게 많으면, 유리 조성의 밸런스가 무너져서 내실투성이 저하하기 쉬워진다. 따라서, SrO의 함유량은 바람직하게는 13% 이하, 12% 이하, 특히 11% 이하이다. 한편, SrO의 함유량이 적어지면, 용융성이 저하하기 쉬워지고, 또한 굴절률이 저하하기 쉬워진다. 따라서, SrO의 함유량은 바람직하게는 1% 이상, 3% 이상, 5% 이상, 7% 이상, 특히 10% 이상이다.

ZnO의 함유량은 0∼15%가 바람직하다. 그러나, ZnO의 함유량이 많아지면 밀도, 열팽창 계수가 높게 되고, 그 함유량이 과잉해지면, 유리 조성의 성분 밸런스가 무너져서, 높은 액상 점도를 확보하기 어려워진다. 따라서, ZnO의 함유량은 바람직하게는 15% 이하, 12% 이하, 10% 이하, 8% 이하, 6% 이하, 특히 4% 이하이다. 한편, ZnO의 함유량이 적어지면, 높은 액상 점도를 확보하기 어려워진다. 따라서, ZnO의 함유량은 바람직하게는 0.1% 이상, 0.5% 이상, 1% 초과, 1.5% 이상, 2% 이상, 2.5% 이상, 특히 3% 이상이다.

ZrO₂는 굴절률을 높이는 성분이지만 그 함유량이 많아지면, 액상 온도가 저하하기 쉬워진다. 따라서, ZrO₂의 함유량은 바람직하게는 0∼10%, 0.1∼7%, 0.5∼6%, 특히 1∼5.5%이다.

Li₂O, Na₂O 및 K₂O는 고온 점성을 저하시키는 성분이고, 또한 열팽창 계수를 상승시키는 성분이지만, 이들의 성분을 다량으로 도입하면, 고온 점성이 지나치게 저하해서, 높은 액상 점도를 확보하기 어려워진다. 따라서, Li₂O, Na₂O 및 K₂O의 합량은 바람직하게는 15% 이하, 10% 이하, 5% 이하, 2% 이하, 1% 이하, 0.5% 이하, 특히 0.1% 이하이다. 또한, Li₂O, Na₂O 및 K₂O의 각각의 함유량은 바람직하게는 10% 이하, 8% 이하, 5% 이하, 2% 이하, 1% 이하, 0.5% 이하, 특히 0.1% 이하이다.

청징제로서, As₂O₃, Sb₂O₃, CeO₂, SnO₂, F, Cl, SO₃의 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 0∼1%의 범위에서 첨가할 수 있다. 단, As₂O₃, Sb₂O₃ 및 F는 환경적 관점으로부터 그 사용을 극력 자제하는 것이 바람직하고, 각각의 함유량은 0.1% 미만이 바람직하다. SnO₂의 함유량은 바람직하게는 0∼1%, 0.01∼0.5%, 특히 0.05∼0.4%이다. 또한, SnO₂, SO₃ 및 Cl의 합량은 바람직하게는 0∼1%, 0.001∼1%, 0.01∼0.5%, 특히 0.05∼0.3%이다.

PbO는 고온 점성을 저하시키는 성분이지만, 환경적 관점으로부터 그 사용을 극력 자제하는 것이 바람직하다. PbO의 함유량은 바람직하게는 0.5% 이하, 특히 0.1% 미만이다.

Bi₂O₃, Gd₂O₃, Nb₂O₅, Ta₂O₅ 및 WO₃은 굴절률을 높이는 성분이지만, 고가이고 대량 입수가 곤란하기 때문에 사용을 극력 자제하는 것이 바람직하다. 이들의 함유량은 각각 1% 이하, 특히 0.5% 이하가 바람직하다.

Fe₂O₃과 Cr₂O₃은 원료 불순물로서 혼입하는 성분이지만, 이들의 성분이 많아지면, 유리판의 내부의 투과율이 저하하기 쉬워진다. 따라서, Fe₂O₃의 함유량의 함유량은 바람직하게는 500ppm(0.05%) 이하, 200ppm 이하, 100ppm 이하, 50ppm 이하, 특히 30ppm 이하이다. Cr₂O₃의 함유량은 바람직하게는 5ppm(0.0005%) 이하, 3ppm 이하, 2ppm 이하, 1ppm 이하, 특히 0.5ppm 이하이다. 또한, 고순도의 유리 원료를 사용하면, Fe₂O₃과 Cr₂O₃의 함유량을 저감할 수 있다.

본 발명의 도광판에 있어서, 유리판의 밀도는 바람직하게는 5.0g/cm³이하, 4.8g/cm³ 이하, 4.5g/cm³ 이하, 4.3g/cm³ 이하, 3.7g/cm³ 이하, 특히 3.5g/cm³ 이하이다. 이렇게 하면, 디바이스를 경량화할 수 있다. 또한, 「밀도」는 주지의 아르키메데스법으로 측정 가능하다.

유리판의 열팽창 계수는 바람직하게는 30×10^-7∼100×10^-7/℃, 40×10^-7∼90×10^-7/℃, 60×10^-7∼85×10^-7/℃, 특히 65×10^-7∼80×10^-7/℃이다. 유리판의 판두께가 작은 경우, 유리판의 표면에 반사막 등의 기능막을 형성하면, 유리판이 휘기 쉬워진다. 그래서, 열팽창 계수를 상기 범위로 하면, 이러한 사태를 방지하기 쉬워진다. 또한, 「열팽창 계수」는 딜라토미터로 측정한 값이고, 30∼380℃의 온도 범위에 있어서의 평균값을 나타낸다.

유리판의 변형점은 바람직하게는 500℃ 이상, 550℃ 이상, 600℃ 이상, 620℃ 이상, 특히 640℃ 이상이다. 이렇게 하면, 디바이스의 제조공정에 있어서의 고온의 열처리에 의해 유리판이 열수축되기 어려워진다. 또한, 「변형점」은 ASTM C336의 방법에 기초하여 측정한 값을 나타낸다.

유리판의 고온점성 10^2.0dPa·s에 있어서의 온도는 바람직하게는 1260℃ 이상, 1280℃ 이상, 1300℃ 이상, 1330℃ 이상, 특히 1350℃ 이상이다. 이렇게 하면, 성형 시의 유리의 점도가 상승하고, 성형 시에 유리가 실투하기 어려워진다. 또한, 「고온 점성 10^2.0dPa·s에 있어서의 온도」는 백금구 인상법으로 측정한 값을 나타낸다.

유리판의 액상 온도는 바람직하게는 1200℃ 이하, 1150℃ 이하, 1130℃ 이하, 1100℃ 이하, 1050℃ 이하, 1030℃ 이하, 특히 1000℃ 이하이다. 또한, 액상 점도는 바람직하게는 10^3.0dPa·s 이상, 10^3.5dPa·s 이상, 10^4.0dPa·s 이상, 10^4.5dPa·s 이상, 10^4.8dPa·s 이상, 10^5.0dPa·s 이상, 10^5.2dPa·s 이상, 특히 10^5.3dPa·s 이상이다. 이렇게 하면, 성형 시에 유리가 실투하기 어려워져, 플로트법이나 오버플로우 다운드로우법으로 유리판을 성형하기 쉬워진다.

오버플로우 다운드로우법, 슬롯 다운법, 리드로우법, 플로트법, 롤아웃법으로 유리판을 성형할 수 있지만, 유리판의 양 표면의 표면 평활성을 높이는 관점으로부터, 오버플로우 다운드로우법으로 유리판을 성형하는 것이 바람직하다. 또한, 성형체의 표면에 소정의 요철 형상을 부여하면, 성형 시에 유리판의 표면에 무반사 구조를 형성할 수 있다.

유리판의 광로 길이 10mm, 파장 550nm에 있어서의 내부 투과율은 바람직하게는 80% 이상, 85% 이상, 90% 이상, 특히 95% 이상이다. 유리판의 내부 투과율이 너무 낮으면, 유리판에 입사한 후, 출사할 때까지의 광 손실이 커진다.

유리판의 적어도 하나의 표면(바람직하게는 양 표면)의 산술 표면 거칠기(Ra)는 바람직하게는 0.5nm 미만, 0.3nm 이하, 특히 0.2nm 이하이다. 표면의 산술 표면 거칠기(Ra)가 지나치게 크면, 표시 화상의 해상도가 저하하기 쉬워진다.

유리판의 굴곡은 바람직하게는 0.1㎛ 이하, 0.08㎛ 이하, 0.05㎛ 이하, 특히 0.03㎛ 이하가 바람직하다. 유리판의 굴곡이 지나치게 크면, 표시 화상의 해상도가 저하하기 쉬워진다.

유리판의 적어도 하나의 표면(바람직하게는 양 표면)의 연필 경도는 바람직하게는 3H 이상, 5H 이상, 특히 7H 이상이다. 표면의 연필 경도가 너무 낮으면, 유리 표면에 스크래치가 나기 쉬워지기 때문에, 표시 화상의 해상도를 유지하기 어려워진다.

유리판이 곡면을 갖는 경우, 그 곡면의 곡률 반경은 바람직하게는 200mm 이상, 특히 500mm 이상이다. 이렇게 하면, 헤드 마운트 디스플레이에 사용하는 도광판, 특히 모자의 차양으로부터 매달린 디스플레이에 사용하는 도광판에 적용하기 쉬워진다.

유리판은 그 내부에 반사 미러, 하프 미러, 굴절률이 다른 층을 구비하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 광의 초점이 맞는 장소를 변경하기 쉬워지기 때문에, 3D 화상의 해상도를 높일 수 있다. 또한, 유리판의 내부에 반사 미러, 하프 미러 등을 형성하는 방법으로서, 예를 들면 유리판의 내부에 레이저광을 조사하고, 굴절률이 상대적으로 높은 이질층을 형성하는 방법이 열거된다.

본 발명의 도광판은 유리판의 끝면으로부터 30mm 이내의 위치에 영상 신호를 입사시키기 위한 입사 부재(예를 들면, 미러 부재)를 더 구비하는 것이 바람직하다. 유리판의 판두께가 작으면 광학 설계상, 유리판의 끝면으로부터 광을 입사시키는 것이 어렵게 된다. 이 경우, 유리판의 표시면측, 또한 끝면의 근방에 입사부재를 배치하면, 표시 면적을 저하시키지 않고 유리판에 광을 유효하게 입사시키는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 적층 도광판은 도광판을 복수매 적층시킨 적층 도광판으로서, 도광판이 상기의 도광판인 것이 바람직하다. 도광판의 적층 매수는 바람직하게는 2매 이상, 5매 이상, 특히 10매 이상이다. 적층 매수가 적으면 표시 화상의 깊이 방향의 해상도가 저하하기 쉬워진다. 결과적으로, 3D 표시를 실현하기 어려워진다. 또한, 유리판과 굴절률이 정합하는 접착제를 사용하면, 복수의 도광판을 적층 일체화할 수 있다.

본 발명의 적층 도광판은 최외의 유리판의 외측 표면의 보호 부재로서, 외측에 요철을 갖는 부재를 부착해도 좋다. 이렇게 하면, 광의 인출 효율이 향상한다.

도 1은 본 발명의 적층 도광판의 일예를 나타내는 개념 사시도이다. 적층 도광판(1)은 8매의 유리판(10)을 도시하지 않는 접착제에 의해 적층 일체화된 구조를 갖고 있다. 그리고, 각 유리판(10)에는 레이저광의 조사에 의해, 그 내부에 하프 미러(11)가 형성되어 있다. 또한, 유리판의 끝면(12)에 접하도록 입사 부재(13)가 배치되어 있다. 그리고, 입사 부재(13)의 내부에는 레이저광의 조사에 의해, 반사 미러부(14)가 형성되어 있다. 또한, 입사 부재(13)의 근방에는 광원(15)이 배치되어 있다.

적층 도광판(1)에 있어서, 광원(15)으로부터 출사한 광은 입사 부재(13)내에 입사한 후, 반사 미러부(14)에 의해 반사되어서, 각 유리판(10)의 끝면(12)으로부터 각 유리판(10)의 내부로 전파해간다. 유리판(10)의 내부로 전파된 광은 하프 미러부(11)에 의해 반사되어서 도광판(1)의 외부로 출사된다. 이것에 의해 고해상도의 3D 화상을 실현할 수 있다.

실시예

이하, 실시예에 기초하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 단, 이하의 실시예는 단지 예시이다. 본 발명은 이하의 실시예에 하등 한정되지 않는다.

표 1은 시료 No.1∼3을 나타내고 있다.

*다음과 같이 하고, 표 중의 각 시료를 제작했다. 우선, 표 중의 유리 조성이 되도록 유리 원료를 조합하고, 백금 포트를 이용하여 1600℃에서 24시간 용융했다. 다음에 얻어진 용융 유리를 카본판 상에 유출시키고, 평판 형상으로 성형했다. 얻어진 유리에 대해서, 표 중의 특성을 평가했다.

굴절률(nd)은 25mm×25mm×약 3mm의 직방체 시료를 제작한 후, (서랭점(Ta)+30℃)부터 (변형점(Ps)-50℃)까지의 온도 영역을 0.1℃/분이 되도록 냉각 속도로 어닐 처리하고, 계속해서 굴절률이 정합하는 침액을 유리 사이에 침투시키면서, Shimadzu Corporation 제작의 굴절률 측정기 KPR-2000를 사용해서 측정한 값이다.

밀도(ρ)는 주지의 아르키메데스법에 의해 측정한 값이다.

열팽창 계수(α)은 딜라토미터로 측정한 값이고, 30∼380℃의 온도 범위에 있어서의 평균값이다.

변형점(Ps), 서랭점(Ta)은 ASTM C 336의 방법에 기초하여 측정한 값이다.

연화점(Ts)는 ASTM C 338의 방법에 기초하여 측정한 값이다.

고온 점도 10^4.0dPa·s, 10^3.0dPa·s, 10^2.5dPa·s 및 10^2.0dPa·s에 있어서의 온도는 백금구 인상법으로 측정한 값이다.

투과율(T)은 광로 길이 10mm, 파장 550nm에 있어서의 내부 투과율이고, Hitachi High-Tech Science Corporation 제작 분광 광도계 UH4150의 적분구를 이용하여 얻어진 측정 데이터로부터 판두께 환산을 행함으로써 광로 길이 10mm의 투과율을 산출한 것이다.

액상 온도(TL)은 표준체 30메쉬(500㎛)를 통과하고, 50메쉬(300㎛)에 남는 유리 분말을 백금 보트에 넣고, 온도구배로 중에 24시간 유지하고, 결정의 석출하는 온도를 측정한 값이다. 또한, 액상 점도(logηTL)는 액상 온도에 있어서의 유리의 점도를 백금구 인상법으로 측정한 값이다.

다음에 표 1의 시료 No.1의 재료에 대해서, 연속 용융로에서 용융하고, 오버플로우 다운드로우법으로 판두께 0.3mm의 판형상으로 성형하여 유리판을 얻었다. 얻어진 유리판을 300mm×300mm의 치수로 레이저에 의해 절단, 세정했다. 절단 후의 유리판의 끝면의 산술 표면 거칠기(Ra)는 0.5nm이었다. 또한, 유리판의 양 표면의 산술 표면 거칠기(Ra)는 0.2nm이었다.

이어서, 유리판의 일방의 표면에 대하여, 스퍼터법에 의해 반사 미러로서 도트 형상의 Al막을 성막했다.

다음에 유리판의 끝면 근방에 구비한 미러를 통하여 유리판의 끝면으로부터 광을 입사했다. 그리고, 미러의 각도를 조정하고, 광의 입사 각도를 변화시키면, 유리판으로부터의 광의 출사 방향이 변화되는 것을 확인했다.

1 : 적층 도광판 10 : 유리판
11 : 하프 미러부 12 : 유리판의 끝면
13 : 입사 부재 14 : 반사 미러부
15 : 광원

Claims

유리판을 구비하는 도광판으로서,
유리판의 굴절률(nd)이 1.56 이상이고 또한 유리판의 판두께가 1.0mm 이하인 것을 특징으로 하는 도광판.