WO2021182598A1 - 導光板、及びarディスプレイ - Google Patents

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WO2021182598A1
WO2021182598A1 PCT/JP2021/009973 JP2021009973W WO2021182598A1 WO 2021182598 A1 WO2021182598 A1 WO 2021182598A1 JP 2021009973 W JP2021009973 W JP 2021009973W WO 2021182598 A1 WO2021182598 A1 WO 2021182598A1
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light
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晴貴 越峠
一徳 梅田
一恭 岩曽
彩香 大栗
小野 雅彦
加藤 幸男
理規 杉原
清水 浩司
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三菱ケミカル株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a light guide plate and an AR display using the light guide plate.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2020-044444 filed in Japan on March 13, 2020 and Japanese Patent Application No. 2020-093092 filed in Japan on May 28, 2020. The contents are used here.
  • a light guide plate for displaying an image may be used.
  • a light guide plate for image display in which a hologram layer is supported by a transparent base material, or diffraction of an uneven shape.
  • An image display light guide plate composed of a transparent base material having an optical pattern is used.
  • Holograms having various optical functions, such as waveguide, reflection and diffraction functions, are formed on the hologram layer.
  • a glass base material is often used.
  • Patent Document 1 discloses a hologram laminate used for an in-vehicle head-up display.
  • this hologram laminate an acrylic resin substrate, an acrylic adhesive layer, a hologram layer made of an acrylic photopolymer, an acrylic adhesive layer, and an acrylic resin substrate are laminated in this order.
  • Patent Document 1 describes that the appearance of a hologram changes due to the surface smoothness of an acrylic resin substrate.
  • the maximum height Rmax representing the surface smoothness of the hologram laminate exceeds 50 ⁇ m, the appearance change of the hologram becomes remarkable.
  • the maximum height Rmax is less than 25 ⁇ m, the change in the appearance of the hologram is acceptable.
  • Patent Document 1 does not particularly describe the necessity of surface smoothness of nanoorders having a maximum height Rmax of 1 ⁇ m or less. Patent Document 1 does not describe any specific example having nano-order surface smoothness.
  • Patent Document 2 a first light incident body provided with a first light incident portion and a first light emitting portion, and a part of the incident light provided in the first light incident portion of the first light guide body.
  • a first diffraction optical element that diffracts the inside of the first light guide body to guide the inside of the first light guide body by reflection, and a reflection member provided on a surface of the first light guide body opposite to the first light incident portion.
  • the reflecting member At least a part of the incident light that is not diffracted by the first diffractive optical element is reflected by the reflecting member and then diffracted by the first diffractive optical element.
  • Described is an optical device characterized in that the inside of the first light guide body is arranged so as to guide light by reflection (claim 1).
  • the hologram laminate described in Patent Document 1 is mainly used for an in-vehicle head-up display viewed by a driver. Therefore, the image quality of the displayed image does not have to be particularly high. However, for example, in the case of a wearable display or a head-mounted display used for AR or MR, a realistic image is often displayed or fine characters are displayed in the entire field of view of the user. In such applications, higher image quality is required. According to the study of the present inventor, when the hologram layer is sandwiched between the resin base materials in the image display light guide plate, deterioration in image quality may be observed even if the maximum height Rmax is less than 25 ⁇ m.
  • the light guide body is a plate-shaped member (light guide plate) formed of glass or a light-transmitting resin material. Glass is inferior in lightness, impact resistance, and safety as compared with resin materials. On the other hand, the resin material is inferior in dimensional accuracy, optical characteristics and yellowing due to dimensional changes due to water absorption and heating as compared with glass. Therefore, when the light guide plate described in Patent Document 2 is made of a resin material, there is room for improvement in visibility.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a resin-made light guide plate for image display, which can display a clear image and has excellent visibility.
  • the parallelism P per area of 50 ⁇ 100 mm 2 is 5 ⁇ m or less, preferably 0.2 ⁇ m or more and 4 ⁇ m or less, more preferably 0.2 ⁇ m or more and 3 ⁇ m or less, and further preferably 0.2 ⁇ m or more 1
  • the dimensional change rate due to moisture absorption measured in accordance with JIS K7209: 2000 is 1.0% or less, more preferably 0.01 to 1.0%, and further preferably 0.02 to 0.
  • the heat shrinkage rate measured in accordance with JIS K6718-1 Annex A is 3% or less, more preferably 0% or more and 2.5% or less, still more preferably 0% or more and 2.0% or less. , [1] or [2].
  • the thickness of the resin base material is 0.05 to 2 mm, more preferably 0.1 mm or more and 1.5 mm or less, still more preferably 0.5 mm or more and 1 mm or less, [1] to [3]. ]
  • the arithmetic mean roughness Ra of the surface of the resin substrate is 10 nm or less, more preferably 0.1 nm or more and 8 nm or less, further preferably 0.5 nm or more and 5 nm or less, and particularly preferably 1 nm or more.
  • the refractive index of the resin base material is 1.48 or more, preferably 1.48 or more and 2.00 or less, more preferably 1.48 or more and 1.90 or less, and further preferably.
  • the resin base material contains at least one resin selected from the group consisting of poly (meth) acrylic resin, epoxy resin, cyclic polyolefin, and polycarbonate.
  • Light guide plate [8] The light guide plate according to any one of [1] to [7], which has a barrier layer or a hard coat layer on at least one surface of the resin base material.
  • the resin substrate has a diffractive optical pattern on at least one surface, and the maximum height of the diffractive optical pattern is preferably 0.05 mm or more and 0.15 ⁇ m or less, preferably 0.1 mm or more and 0.14 ⁇ m.
  • the light guide plate according to any one of [1] to [8], which is the following, more preferably 0.5 mm or more and 0.13 ⁇ m or less.
  • the guide according to any one of [1] to [9], wherein the flatness of the light guide plate is preferably 0.5 to 500 ⁇ m, more preferably 0.6 to 450 ⁇ m, still more preferably 0.7 to 400 ⁇ m. Light plate.
  • the glass transition temperature (Tg) of the resin substrate is preferably 50 to 200 ° C., more preferably 60 to 190 ° C., still more preferably 70 to 180 ° C., any of [1] to [10].
  • Charpy impact strength of the resin base material is preferably 0.5 ⁇ 15kJ / m 2, more preferably 0.8 ⁇ 14.5kJ / m 2, 1.0 ⁇ 14.0kJ / m 2 and more The light guide plate according to any one of [1] to [11], which is preferable.
  • the specific gravity of the resin base material is preferably 1.0 ⁇ 1.5g / cm 3, more preferably 1.05 ⁇ 1.45g / cm 3, 1.1 ⁇ 1.4g / cm 3 and more
  • the light guide plate according to any one of [1] to [12], which is preferable.
  • the light transmittance of the resin substrate is preferably 85% or more and 100% or less, more preferably 86% or more and 100% or less, further preferably 87% or more and 100% or less, according to [1] to [13].
  • the light guide plate according to any one.
  • the yellowness (YI) of the resin base material is preferably 0 or more and 5 or less, more preferably 0 or more and 4 or less, still more preferably 0 or more and 3 or less, according to any one of [1] to [14].
  • the refractive index of the resin substrate is preferably 1.2 to 2.0, more preferably 1.3 to 1.9, still more preferably 1.4 to 1.8, [1] to [15].
  • An AR image display light guide plate having the light guide plate according to [1] to [17]. [19] Use of the light guide plate according to any one of [1] to [18] for displaying an AR image. [20] An AR display provided with the light guide plate according to any one of [1] to [19]. [21] The image light incident surface has a diffractive optical pattern, and the line width ( LIN ) of the diffractive optical pattern on the image light incident surface is preferably 100 to 300 nm, more preferably 120 to 280 nm, and 140 to 260 nm. A more preferred AR display with the light guide plate according to [20].
  • the image light incident surface has a diffractive optical pattern, and the height (H IN ) of the diffractive optical pattern on the image light incident surface is preferably 30 to 150 nm, more preferably 40 to 140 nm, and 50 to 130 nm.
  • [23] have a diffractive optical pattern in the image light incident surface, the height of the diffractive optical pattern of image light incident surface (H IN) and the line width ratio of the values of (L IN) (the height (H IN) / The line width ( LIN )) is preferably 0.1 to 1.5, more preferably 0.14 to 1.17, still more preferably 0.19 to 0.93, any of [20] to [22].
  • the image light emitting surface has a diffractive optical pattern, and the line width (L OUT ) of the diffractive optical pattern on the image light emitting surface is preferably 50 to 250 nm, more preferably 70 to 230 nm, and 90 to 210 nm.
  • the image light emitting surface has a diffractive optical pattern, and the height (H OUT ) of the diffractive optical pattern on the image light emitting surface is preferably 30 to 150 nm, more preferably 40 to 140 nm, and further preferably 50 to 130 nm.
  • An AR display comprising the light guide plate according to any one of [20] to [24], which is preferable.
  • the image light emitting surface has a diffractive optical pattern, and the value of the ratio of the height to the line width of the diffractive optical pattern on the image light emitting surface (height (H OUT ) / line width (L OUT )) is 0. .12 to 3.0 is preferred, 0.28 to 2.00 is more preferred, 0.24 to 1.44 is even more preferred, AR with the light guide plate according to any one of [20] to [25]. display.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part showing an example of the light guide plate of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing another example of the light guide plate of the present invention.
  • FIG. 3 is a plan view of an example of the light guide plate of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic view showing a part of a pattern for forming a relief type diffraction element on the incident light side of the injection molding die used in the examples.
  • FIG. 5 is a schematic view showing a part of a pattern for forming a relief type diffraction element on the emission light side of the injection molding die used in the examples.
  • the resin base material used for the light guide plate of the present invention has a parallelism P of 5 ⁇ m or less per 50 ⁇ 100 mm 2 area.
  • the resin base material is preferably a flat plate.
  • the flat plate may or may not have irregularities on its surface.
  • the depth of the concave portion and the height of the convex portion are preferably 30 to 150 nm, more preferably 40 to 140 nm, and even more preferably 50 to 130 nm.
  • This parallelism P is the number of interference fringes per area of 50 ⁇ 100 mm 2 of the measurement surface (upper surface or lower surface) of the resin base material measured by a laser interferometer, and the amount of change in thickness per interference fringe ⁇ d. It is a value obtained as the product of.
  • the number of interference fringes is calculated by counting the number of interference fringes in four directions from the center of the molded product to the upper, lower, left and right ends of the molded product from the interference image measured by the laser interferometer, and calculating the average value of the interference fringes. Let it be a number.
  • This ⁇ d can be calculated by the following equation (1).
  • n is the refractive index of the resin base material
  • is 632.8 nm (wavelength of the He—Ne laser).
  • the refractive index of the resin base material is a value obtained by measuring with a D line of 589 nm at 23 ° C. based on JIS K7142 using an Abbe refractometer. When the area of the resin base material to be measured is less than 50 ⁇ 100 mm 2 , the number of interference fringes is converted into the area value per 50 ⁇ 100 mm 2 to obtain the parallelism P.
  • this parallelism P means the frequency of thickness change at a level that can affect the characteristics of the light guide plate, and can be rephrased as the degree of thickness change. It can be determined that the smaller this value is, the closer the upper surface and the lower surface of the resin base material are to parallel, and the higher the accuracy of the thickness of the resin base material is.
  • this resin base material is preferably 4 ⁇ m or less, more preferably 3 ⁇ m or less, further preferably 1.2 ⁇ m or less, particularly preferably 1.0 ⁇ m or less, and most preferably 0.8 ⁇ m or less.
  • the parallelism P of this resin base material can be suppressed. It is preferably 0.2 ⁇ m or more.
  • the hygroscopicity is preferably in the range of 0.01 to 1.0%. It is more preferably in the range of 0.02 to 0.9%, and even more preferably in the range of 0.03 to 0.8%.
  • the dimensional change rate due to moisture absorption is preferably 1.0% or less. It is more preferably in the range of 0.01 to 1.0%, further preferably in the range of 0.02 to 0.9%, and particularly preferably in the range of 0.03 to 0.8%.
  • the dimensional change rate due to moisture absorption is 1.0% or less
  • the dimensional accuracy of the light guide plate of the present invention becomes more excellent, and there is a tendency that changes over time in the image display characteristics of the light guide plate can be suppressed. It is more preferably 0.9% or less, and particularly preferably 0.8% or less. Further, by setting the dimensional change rate due to moisture absorption to 0.01% or more, it is not necessary to excessively process the light guide plate of the present invention, so that the productivity can be improved. It is more preferably 0.02% or more, and particularly preferably 0.03% or more.
  • the moisture absorption rate of the light guide plate of the present invention is based on JIS K 7209: 2000, and the test piece is immersed in distilled water at 23 ° C. to increase the weight increase rate per 24 hours due to water absorption. It is a value calculated and obtained.
  • the dimensional change rate due to moisture absorption of the light guide plate of the present invention is based on JIS K 7209: 2000, and the test piece is immersed in distilled water at 23 ° C. and per 24 hours due to water absorption. It is a value calculated by dividing the weight increase rate of the above by the specific gravity of the resin material.
  • the heat shrinkage rate measured in accordance with Annex A of JIS K 6718-1: 2015 is preferably 3% or less.
  • the heat shrinkage rate is more preferably 2.5% or less, and further preferably 2.0% or less.
  • the arithmetic average roughness Ra of the surface of the resin base material is 10 nm or less.
  • the sharpness of the displayed image formed by using the light guide plate tends to be improved. It is more preferably 8 nm or less, still more preferably 5 nm or less.
  • the arithmetic average roughness Ra of the surface of the resin base material is 0.1 nm or more.
  • It is more preferably 0.5 nm or more, and further preferably 1 nm or more.
  • the refractive index of the resin base material is preferably 1.20 or more. As a result, visibility tends to be improved when used as a light guide plate for image display. It is more preferably 1.30 or more, and further preferably 1.40 or more. Further, from the viewpoint that the viewing angle can be expanded, the refractive index of the resin base material is preferably 1.48 or more. More preferably, it is 1.49 or more.
  • the refractive index of this resin base material is a value obtained by measuring with a D line of 589 nm at 23 ° C. based on JIS K7142 using an Abbe refractometer.
  • the refractive index of the resin base material is preferably 2.00 or less.
  • the resin base material can be handled with a thickness that is easy to process as a light guide plate for image display without making it extremely thin. It is more preferably 1.90 or less, and even more preferably 1.80 or less.
  • a light-transmitting resin material can be used as the material that can be used for the resin base material, for example, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyether sulfone, polyimide, nylon, etc.
  • acrylic examples thereof include organic materials such as resins, phenol resins, epoxy resins, polyarylates, polynorbornenes, styrene-isobutylene-styrene block copolymers (SIBS), and allyldiglycol carbonates. It preferably contains at least one resin selected from the group consisting of poly (meth) acrylic resins, epoxy resins, cyclic polyolefins and polycarbonates.
  • the polymerizable material preferably contains a monomer, a polymerization initiator, an emulsifier and the like.
  • the monomer include (meth) acrylic acid ester in the case of poly (meth) acrylic resin, aliphatic methacrylate (for example, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, butyl methacrylate), alicyclic methacrylate (for example). , Cyclohexyl methacrylate), aromatic methacrylate (eg, phenyl methacrylate) and the like.
  • the polymerization initiator include azo polymerization initiators and organic peroxides.
  • Examples of the azo polymerization initiator include 2,2'-azobis- (2,4-dimethylvaleronitrile) and the like.
  • Examples of the organic peroxide include t-hexyl peroxypivalate and the like.
  • Examples of the emulsifier include sodium dioctyl sulfosuccinate and the like.
  • polycarbonate or poly (meth) acrylic resin from the viewpoint of transparency of the resin base material, it is preferable to use polycarbonate or poly (meth) acrylic resin, and from the viewpoint of process resistance such as chemical resistance and processability of the resin base material, poly (meth) acrylic is used. It is preferable to use a resin, an epoxy resin or a cyclic polyolefin, but a poly (meth) acrylic resin is more preferable because both transparency and process resistance can be achieved.
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of a light guide plate having a barrier layer and a hard coat layer.
  • a barrier layer 3 is provided between the resin base material 1 and the hologram layer 2
  • a hard coat layer 4 is provided on a surface of the resin base material 1 opposite to the surface on the barrier layer 3 side.
  • Examples of the material of the barrier layer include silicon oxide, silicon nitrogen oxide, DLC, aluminum oxide and glass. Zinc oxide, antimony oxide, indium oxide, cerium oxide, calcium oxide, cadmium oxide, etc. Silver oxide, gold oxide, chromium oxide, silicon oxide, cobalt oxide, zirconium oxide, tin oxide, titanium oxide, iron oxide, copper oxide, nickel oxide, platinum oxide, palladium oxide, bismuth oxide, magnesium oxide, manganese oxide, molybdenum oxide , Oxide such as vanadium oxide or barium oxide.
  • the barrier layer preferably has a layer thickness in the range of 10 to 300 nm, and can be formed by a method such as a vacuum deposition method, a sputtering method, an ion plating method, or a plasma CVD method.
  • Examples of the material of the hard coat layer include a hard coat agent containing a polymerizable monomer or a polymerizable oligomer that forms a cured product by irradiation with active energy rays.
  • Examples of the polymerizable monomer include (meth) acrylate monomers having a radically polymerizable unsaturated group in the molecule.
  • Examples of the polymerizable oligomer include (meth) acrylate oligomers having a radically polymerizable unsaturated group in the molecule.
  • the hard coat layer preferably has a pencil hardness (JIS K 5600-5-4: 1999) of H or more and a layer thickness in the range of 1 to 50 ⁇ m.
  • this hard coat layer is formed on a resin substrate by, for example, applying the above hard coat agent by a casting method, a roller coat method, a bar coat method, a spray coat method, an air knife coat method, a dipping method or the like. It can be formed by directly applying to the coating film and irradiating the obtained coating film with light.
  • the parallelism P per 50 ⁇ 100 mm 2 is 5 ⁇ m or less even in the light guide plate.
  • the resin base material having the above-mentioned parallelism P and excellent thickness accuracy can be manufactured, for example, by using a casting method. It can also be manufactured by performing post-processing such as cutting, polishing, and press molding on the resin base material.
  • the above-mentioned post-processing such as cutting, polishing, and press molding can also be applied to a resin base material into which a barrier layer and a hard coat layer have been introduced.
  • a glass casting method may be used.
  • the raw material of the resin base material is poured between the glass plates having a smooth surface, and then the polymerization step is performed to solidify the raw material of the resin.
  • the surface shape of the glass used in the glass casting method (hereinafter, may be referred to as "casting glass") is transferred to the resin base material.
  • non-tempered glass is preferable to tempered glass.
  • the parallelism P of the resin base material tends to be further improved if it is chemically tempered glass having less distortion than air-cooled tempered glass. The thicker the casting glass, the higher the rigidity of the casting glass, and the deformation of the glass during the production of the resin base material is suppressed, so that the parallelism P of the resin base material can be improved.
  • synthetic quartz glass it is more preferable to use synthetic quartz glass than non-tempered glass.
  • the lower the curing rate the easier it is for the surface shape of the cast to be transferred to the resin base material, so that the flatness and smoothness of the resin base material can be improved.
  • the means for lowering the curing rate for example, means such as reducing the amount of the polymerization initiator or lowering the polymerization temperature may be used.
  • a release agent can be used for the cast, but the smaller the amount used, the more preferable. As a result, the surface shape of the cast is easily transferred by the resin base material, and the flatness and smoothness of the resin base material can be improved.
  • the flatness and smoothness of the resin base material can be improved by prepolymerizing the monomer for forming the base material.
  • the curing shrinkage is reduced by performing the casting polymerization using a raw material in which the polymer for forming the base material is dissolved in the monomer for forming the base material, and the surface shape of the cast is the resin group. Since it is easily transferred to the material, the flatness and smoothness of the resin base material can be improved.
  • two or more of the above techniques may be used in combination. In this case, the parallelism P of the resin base material can be further improved by the synergistic effect of each technique.
  • Post-processing such as cutting, polishing, and press molding on the resin base material can be performed by appropriately selecting a known technique or the like.
  • the thickness of the resin base material is not particularly limited, but the thickness of the resin base material is preferably 0.05 to 2 mm.
  • the thickness of the resin base material is 0.05 mm or more, it is easy to maintain a stable shape, and the measurement error of the parallelism P tends to be suppressed to a small value, which is preferable. It is more preferably 0.1 mm or more, still more preferably 0.5 mm or more.
  • the thickness of the resin base material is 2 mm or less, the mass of the light guide plate for image display can be reduced, the weight can be reduced, and the deformation and residual strain due to water absorption of the resin base material tend to be reduced, which is preferable. It is more preferably 1.5 mm or less, still more preferably 1 mm or less.
  • the thickness of the resin base material is a value obtained by measuring the thickness at four points with a micrometer at 23 ° C. and calculating the average value of these.
  • the thickness tolerance of the resin base material is preferably ⁇ 0 mm or more and 0.2 mm or less, and preferably ⁇ 0.001 mm or more and 0.2 mm or less.
  • the light guide plate of the present invention can also be provided with a diffractive optical pattern on at least one surface of a light-transmitting resin base material, whereby it can be suitably used as a light guide plate for image display in an AR display or the like. ..
  • a light guide plate on which a relief type diffraction element is formed is obtained by transferring and shaping a diffraction optical pattern optically designed on a mold on an image light incident surface and an image light emitting surface on the surface of a resin base material. be able to.
  • the diffractive optical pattern is not particularly limited, but the maximum height of the diffractive optical pattern is preferably 0.15 ⁇ m or less.
  • the influence of the diffractive optical pattern on the parallelism P is reduced, and a clear image tends to be displayed. It is more preferably 0.14 ⁇ m or less, and further preferably 0.13 ⁇ m or less.
  • the parallelism P per 50 ⁇ 100 mm 2 is 5 ⁇ m or less even in the light guide plate.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part showing an example of the light guide plate of the present invention.
  • the light guide plate 20 shown in FIG. 1 is formed by transferring and shaping a diffractive optical pattern optically designed on a mold on the image light incident surface 20a and the image light emitting surface 20b of the surface 200 of the resin base material 30c. It has a relief type diffraction element (incident light side relief type diffraction element 30a, emission light side relief type diffraction element 30b).
  • FIG. 3 is a plan view of the light guide plate 20 seen from the arrow A shown in FIG.
  • the overall appearance of the light guide plate 20 shown in FIGS. 1 and 3 is formed by a resin base material 30c which is a flat plate-shaped member extending parallel to the YZ plane in the drawing.
  • the light guide plate 20 is a plate-shaped member formed of a light-transmitting resin material, and is a front surface 200 arranged to face the image forming portion 10, a first panel surface 201 and a back surface 203 that are back sides of the surface 200.
  • the image light is incident through the image light incident surface 20a formed on the surface 200, and has the first panel surface 201 and the second panel surface 202 facing the first panel surface 201.
  • the second panel surface 202 guides the image light emitting surface 20b.
  • the image forming unit 10 shown in FIG. 1 includes an image display device 11 and a projection optical system 12.
  • the image display device 11 is, for example, a liquid crystal display device, and is a projection optical system 12 that generates light including three colors of red, green, and blue from a light source and diffuses the light from the light source to form a luminous flux having a rectangular cross section. It emits toward.
  • the projection optical system 12 is, for example, a collimating lens that converts image light emitted from each point on the image display device 11 into a luminous flux in a parallel state and causes the light beam to enter the light guide plate 20.
  • the resin base material 30c light guide plate 20 is formed on a surface 200 parallel to the YZ surface, an image light incident surface 20a which is a light incident portion for capturing image light from the image forming unit 10, and an image light on the observer's eye EY. It has an image light emitting surface 20b for emitting light toward the surface.
  • An incident light side relief type diffractometer 30a is formed on the image light incident surface 20a by transferring and shaping a diffraction optical pattern optically designed on the mold, and the image light emitting surface 20b is formed on the image light emitting surface.
  • the emission light side relief type diffractometer 30b which diffracts and transmits the image light emitted from 20b toward the outside and projects it onto the observer's eye EY as imaginary light, forms a diffractive optical pattern optically designed on the mold. It is formed by transcription shaping.
  • the incident light side relief type diffractive element 30a and the outgoing light side relief type diffractive element 30b have the same grating period as an example. However, the grating periods of the incident light side relief type diffracting element 30a and the outgoing light side relief type diffracting element 30b may be different.
  • the resin base material 30c light guide plate 20 has a first panel surface 201 and a second panel surface 202 that face each other and extend parallel to the YZ surface, and is diffracted by the incident light side relief type diffracting element 30a. The image light is totally reflected in the resin base material 30c light guide plate 20, and the image light diffracted by the incident light side relief type diffracting element 30a is guided in front of the observer's eyes.
  • the light L1 emitted from the image forming unit 10 is incident on the image light incident surface 20a and diffracted by the incident light side relief type diffractometer 30a (light L2), and the light L2 is transferred to the second panel surface 202. It is incident and totally reflected (light L3), and then the light L3 is incident on the first panel surface 201 and totally reflected.
  • the image light is guided to the image light emitting surface 20b of the resin base material 30c light guide plate 20.
  • the image light guided to the image light emitting surface 20b is diffracted by the relief type diffraction element 30b on the emitted light side, and then emitted toward the observer's eye EY (light L4).
  • the first panel surface 201 and the second panel surface 202 are not subjected to the reflection coating, and the external light incident on the first panel surface 201 and the second panel surface 202 from the outside world side is highly transmitted.
  • the resin base material 30c may pass through the light guide plate 20 at a rate. As a result, the light guide plate 20 can be made into a see-through type capable of seeing through the outside world image.
  • the light guide plate 20 is a light guide plate for an AR display having excellent visibility, which is formed of a light-transmitting resin material.
  • the line width (LIN ) of the diffractive optical pattern of the image light incident surface 20a is preferably 100 to 300 nm, more preferably 120 to 280 nm, and even more preferably 140 to 260 nm.
  • the height (H IN ) of the diffractive optical pattern of the image light incident surface 20a is preferably 30 to 150 nm, more preferably 40 to 140 nm, and even more preferably 50 to 130 nm.
  • the value of the ratio of the height (H IN ) to the line width (L IN ) of the diffractive optical pattern of the image light incident surface 20a is 0.1 to 1.
  • the line width (L IN ), height (H IN ) and height (H IN ) / line width (L IN ) of the diffraction grating pattern of the image light incident surface 20a are within the above ranges, the light is emitted from the image forming unit.
  • the diffraction angle of the resulting image light after passing through the incident surface of the image is within a predetermined range, and the diffracted light propagates in the light guide plate by total reflection and can reach the light emitting surface of the image.
  • the line width (L IN ) and height (H IN ) of the diffraction grating pattern of the image light incident surface 20a are values obtained by measuring with an atomic force microscope (Nano-R, manufactured by Pacific Nanotechnology). be.
  • the height of the diffraction grating pattern of the image light incident surface 20a (H IN) and a value of a ratio of the line width (L IN) (H IN / L IN) , the height was measured by the method described above (H IN) and the line It is a value calculated from the width (L IN).
  • the line width (L OUT ) of the diffractive optical pattern of the image light emitting surface 20b is preferably 50 to 250 nm, more preferably 70 to 230 nm, and even more preferably 90 to 210 nm.
  • the height (H OUT ) of the diffractive optical pattern of the image light emitting surface 20b is preferably 30 to 150 nm, more preferably 40 to 140 nm, and even more preferably 50 to 130 nm.
  • the value of the ratio of the height to the line width of the diffractive optical pattern of the image light emitting surface 20b is preferably 0.12 to 3.0, and 0.28 to 2 .00 is more preferable, and 0.24 to 1.44 is even more preferable.
  • the line width (L OUT ), height (H OUT ) and height (H OUT ) / line width (L OUT ) of the diffraction grating pattern of the image light emitting surface 20b are within the above ranges, the light propagates in the light guide plate.
  • the line width (L OUT ), height (H OUT ), and height (H OUT ) / line width (L OUT ) of the diffraction grating pattern of the image light emitting surface 20b are the diffraction grating patterns of the image light incident surface 20a, respectively. It is a value obtained in the same manner as the line width (L IN ), height (H IN ) and height (H IN ) / line width (L IN) of.
  • the flatness of the light guide plate 20 is preferably 0.5 to 500 ⁇ m, more preferably 0.6 to 450 ⁇ m, and even more preferably 0.7 to 400 ⁇ m. When the flatness of the light guide plate 20 is within the above range, the dimensional accuracy of the light guide plate of the present invention becomes more excellent.
  • the flatness of the light guide plate 20 is a value obtained by placing the light guide plate 20 on the granite surface plate with the back surface 203 facing down and inserting a thickness gauge into the gap between the surface plate and the light guide plate 20.
  • the parallelism P of the light guide plate 20 is preferably 5 ⁇ m or less as described above. It is more preferably 3 ⁇ m or less, further preferably 1.2 ⁇ m or less, particularly preferably 1.0 ⁇ m or less, and most preferably 0.8 ⁇ m or less.
  • the glass transition temperature (Tg) of the light-transmitting resin material is preferably 50 to 200 ° C, more preferably 60 to 190 ° C, still more preferably 70 to 180 ° C.
  • the glass transition temperature (Tg) of the light-transmitting resin material is a value obtained by measuring the differential scanning calorimetry using a differential scanning calorimeter (Diamond DSC, manufactured by PerkinElmer Japan Co., Ltd.).
  • Charpy impact strength of the light transmissive resin material 0.5 preferably ⁇ 15 kJ / m 2, more preferably 0.8 ⁇ 14.5kJ / m 2, 1.0 ⁇ 14.0kJ / m 2 and more preferable.
  • the Charpy impact strength of the light transmissive resin material is based on JIS K 7111: 2012 using a universal impact tester (manufactured by Yasuda Seiki Seisakusho Co., Ltd.), a notch is provided on the test piece, and the test piece is collided with a pendulum. It is a value obtained by measuring the impact strength at the time of impact.
  • the specific gravity of the light transmissive resin material is preferably 1.0 ⁇ 1.5g / cm 3, more preferably 1.05 ⁇ 1.45g / cm 3, 1.1 ⁇ 1.4g / cm 3 and more preferable.
  • the specific gravity of the light-transmitting resin material is a reading value of a scale on which the test piece is floating when the test piece is put into a density gradient tube in accordance with JIS K 7112: 1999.
  • the light transmittance of the light-transmitting resin material is preferably 85% or more, more preferably 86% or more, still more preferably 87% or more.
  • the yellowness (YI) of the light-transmitting resin material is preferably 5 or less, more preferably 4 or less, and even more preferably 3 or less.
  • the degree of yellowing ( ⁇ YI) of the light-transmitting resin material is preferably 5 or less, more preferably 4 or less, still more preferably 3 or less.
  • the refractive index of the light-transmitting resin material is preferably 1.2 to 2.0, more preferably 1.3 to 1.9, and even more preferably 1.4 to 1.8.
  • the refractive index of the light-transmitting resin material is a value obtained by measuring with a D-line of 589 nm at 23 ° C. based on JIS K7142 using an Abbe refractometer.
  • the retardation of the light guide plate 20 is preferably 1 to 200 nm, more preferably 3 to 150 nm, still more preferably 4 to 100 nm. When the retardation of the light guide plate 20 is within the above range, the visibility of the light guide plate of the present invention becomes more excellent.
  • the thickness (d) of the light guide plate 20 is a value obtained by measuring the thickness at four points with a micrometer at 23 ° C. and calculating the average value thereof.
  • the thickness tolerance of the light guide plate is preferably ⁇ 0 mm or more and 0.2 mm or less, and preferably ⁇ 0.001 mm or more and 0.2 mm or less.
  • the light guide plate of the present invention is, for example, a mold for injection molding provided with a diffraction pattern for forming a relief type diffraction element on the incident light side (FIG. 4) and a diffraction pattern for forming a relief type diffraction element on the outgoing light side (FIG. 5).
  • a mold for injection molding provided with a diffraction pattern for forming a relief type diffraction element on the incident light side (FIG. 4) and a diffraction pattern for forming a relief type diffraction element on the outgoing light side (FIG. 5).
  • Production method (2) A method for manufacturing a light guide plate including cutting and polishing a resin plate (cutting / polishing process); and (3) Injection of a resin material constituting a resin base material using a mold for injection molding.
  • the thickness of the space portion is 0.05 mm or more and 4.0 mm or less, and the thickness tolerance of the space portion is ⁇ 0.0001 mm or more and ⁇ 0.2 mm or less. It is preferable to use a cell, and it is more preferable to use a polymerized cell having a space thickness of 0.1 mm or more and 3.8 mm or less and a thickness tolerance of ⁇ 0.0001 mm or more and ⁇ 0.01 mm or less.
  • the polymerizable raw material can be cured by thermal polymerization, photopolymerization, or the like. In the case of thermal polymerization, it is preferable to polymerize at 30 ° C.
  • photopolymerization it is preferable to polymerize light having a wavelength of 200 nm or more and 500 nm or less with an irradiation intensity of 10 mWcm -2 or more and 1000 mWcm -2 or less and an irradiation time of 1 second or more and 100 seconds or less, and light having a wavelength of 200 nm or more and 500 nm or less.
  • irradiation intensity 50MWcm -2 least 500MWcm -2 or less, it is preferable to polymerize at 20 seconds irradiation time at least 2 seconds.
  • peeling step it is preferable to cool the polymerized cell to room temperature after the curing step and then peel it off.
  • the resin plate used in the cutting / polishing step of the manufacturing method (2) may be a commercially available product, but a continuously cast acrylic plate is particularly preferable.
  • a cutting method NC processing, grindstone processing, lapping processing and the like are preferable.
  • polishing method buff polishing, chemical polishing, electrolytic polishing, chemical mechanical polishing (CMP polishing) and the like are preferable.
  • CMP polishing tends to reduce the parallelism P and surface roughness of the resin base material in a shorter time, and is particularly preferable.
  • This chemical mechanical polishing is mechanical polishing (surface removal) by the relative movement between the abrasive and the object to be polished due to the surface chemical action of the abrasive (abrasive grains) and the action of the chemical components in the slurry liquid containing the abrasive. It is a polishing method that increases the effect.
  • a carrier to which a resin plate is attached is sandwiched between upper and lower surface plates to which a polishing pad is attached at a constant pressure, and the temperature of the upper and lower surface plates is controlled so as to keep the temperature at 40 ° C. or lower. It is possible to adopt a step of sending a slurry liquid containing an abrasive between the upper and lower surface plates and the carrier while rotating and revolving the carrier, and at the same time rotating the upper and lower surface plates at a constant speed.
  • the conditions for this chemical mechanical polishing can be appropriately selected from the conditions under which the resin substrate having the above-mentioned parallelism P can be obtained, and are not particularly limited.
  • the polishing pad and the slurry liquid known ones can be appropriately selected and used.
  • the cylinder temperature is high and the injection speed is high with respect to the standard molding conditions of the injection molding material.
  • the mold temperature is high.
  • High-precision quartz Thickness 10 mm, plate thickness tolerance ⁇ 0.001 mm
  • Normal glass Thickness 6 mm, plate thickness tolerance ⁇ 0.3 mm
  • Acrylite L is a registered trademark of Mitsubishi Chemical Corporation in Japan.
  • Example> The following examples are examples corresponding to the manufacture of a light guide plate for image display.
  • an acrylic resin PMMA, refractive index 1.409
  • a photocurable resin Osaka Gas Chemical Co., Ltd., refractive index 1.62
  • the plate thickness of the resin base material was 1 mm or 1.5 mm.
  • Example 1 The resin base material of Example 1 was produced as follows. 100 parts of MMA (methyl methacrylate) was put into a reactor (polymerization kettle) equipped with a cooling tube, a thermometer and a stirrer, and the mixture was stirred. After bubbling with nitrogen gas, heating was started. When the internal temperature reached 80 ° C., 0.05 part of 2,2'-azobis- (2,4-dimethylvaleronitrile) as a radical polymerization initiator was added. After further heating to an internal temperature of 100 ° C., the mixture was held for 10 minutes. The reactor was then cooled to room temperature to give syrup, a viscous mixture in which MMA was partially polymerized. The polymerization rate of syrup was about 20% by mass.
  • MMA methyl methacrylate
  • 0.2 part of t-hexyl peroxypivalate and 0.01 part of sodium dioctyl sulfosuccinate were added to 100 parts of syrup and completely dissolved at room temperature to form a polymerizable raw material.
  • the raw material was injected into a pair of polymerized cells made of synthetic quartz glass having a mirror-finished thickness of 10 mm and a thickness tolerance of ⁇ 0.001 mm.
  • the polymerized cell in which the polymerizable raw material was injected was held in a warm water bath at 80 ° C. for 60 minutes and then taken out, and heated in an oven at 130 ° C. for 30 minutes to completely cure the syrup. After the polymerization cell was cooled to room temperature, the quartz glass was peeled off to obtain a resin base material.
  • Example 2 The production conditions of the resin base material of Example 2 were the same as those of Example 1 except that the polymerized cell into which the polymerizable raw material was injected was held in a warm water bath at 80 ° C. for 30 minutes.
  • Example 3 As shown in Table 1, in Example 3, Acrylite L (registered trademark), which is a continuously cast acrylic plate (polymethylmethacrylate) having a thickness of 1.5 mm, which is the same as that of Comparative Example 2, was reduced to a thickness of 1 mm by chemical mechanical polishing. The processed one was used.
  • Acrylite L registered trademark
  • acrylic plate polymethylmethacrylate
  • Example 4 Omnirad 184 and Omnirad.
  • a polymerizable raw material was prepared by adding 1 part and 0.1 part of TPO, respectively.
  • the polymerizable raw material was injected into a pair of quartz glass polymerization cells, and a high-pressure mercury lamp was photopolymerized with an illuminance of 50 mW / cm 2 and an exposure amount of 1000 mJ / cm 2 to obtain a resin substrate having a thickness of 2.0 mm. Obtained. Further, this resin base material was processed to a thickness of 1 mm by chemical mechanical polishing.
  • Comparative Example 1 As shown in Table 1, Comparative Example 1 was the same as that of Example 1 except that tempered glass having a thickness of 6 mm and a thickness tolerance of ⁇ 0.3 mm was used for the polymerization cell.
  • Comparative Example 2 As shown in Table 1, as the resin base material in Comparative Example 2, Acrylite L (registered trademark, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), which is a continuously cast acrylic plate having a thickness of 1.5 mm, was used.
  • Acrylite L registered trademark, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation
  • the parallelism P of the resin base material is the interference fringes measured by using a laser Fizeau type interferometer (product name: laser interferometer G102, manufactured by Fujifilm) and a He-Ne laser having a light source wavelength of 632.8 nm. It was calculated as the product of the number and the amount of change ⁇ d in the thickness per interference fringe. 1
  • the amount of change in the thickness of the interference fringes ⁇ d is a value calculated by the following formula (1) as the refractive index n and the laser wavelength ⁇ of the resin base material.
  • the parallelism P As a measurement sample of the parallelism P, a flat resin plate having a width of 50 mm, a length of 100 mm, and a thickness of 1.0 mm or 1.5 mm was used. The interference pattern obtained by the measurement was recorded by a charge coupling device (CCD) camera and stored digitally. Next, the parallelism P was calculated from the product of the number of interference fringes per area of 50 ⁇ 100 mm 2 of the measurement surface and ⁇ d. The number of interference fringes is calculated by counting the number of interference fringes in four directions from the center of the molded product to the upper, lower, left and right ends of the molded product from the interference image measured by the laser interferometer, and calculating the average value of the interference fringes. It was a number.
  • Heat shrinkage rate It was calculated by measuring the dimensional change (shrinkage) according to Annex A "Measurement of dimensional change (shrinkage) during heating" of JIS K 6718: 2015.
  • Ra the arithmetic mean roughness Ra of the surface of each evaluation sample was measured.
  • a white interference type surface shape measuring machine Zygo NewView (registered trademark) 6300 (trade name; manufactured by Zygo Corporation) was used.
  • the magnification of the objective lens was 2.5 times.
  • the observation range was a rectangular range of 2.8 mm ⁇ 2.1 mm.
  • the total light transmittance was measured with a HAZE meter NDH-5000 (manufactured by Nippon Denshoku Kogyo Co., Ltd.). The higher the total light transmittance obtained, the better the transparency.
  • yellowing degree ⁇ YI was measured with an S & M color computer SM-T type (manufactured by Suga Test Instruments Co., Ltd.). The lower the obtained yellowing degree ⁇ YI value, the better the transparency.
  • the light guide plates for image display of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 were attached to the image display device.
  • the image display device is provided with an optical system for incident the image light to be displayed on the incident portion of the light guide plate for image display, a drive power source, and a circuit system for supplying image information for obtaining the image light.
  • a white image and a character display image were used as the input image used for the evaluation.
  • the evaluation was performed by visually determining the appearance of the white image and the character display image.
  • As a character image "ABCDE" having a size of 10 mm x 100 mm or less is displayed.
  • Example 2 the parallelisms P of Examples 1 to 4 were 3.7 ⁇ m, 4.9 ⁇ m, 0.5 ⁇ m, and 0.8 ⁇ m, respectively.
  • the parallelism P was lower than that in Example 1. The reason for this is that since the retention time of the polymerized cell in Example 2 is shorter than that in Example 1, a large amount of unpolymerized syrup remains, and the rapid polymerization in the next oven lowers the surface reaction uniformity. It is probable that it was done.
  • the parallelism P of Examples 1 to 4 was less than 5 ⁇ m, and the sharpness of the displayed image was excellent.
  • the parallelism P of Comparative Examples 1 and 2 exceeded 30 ⁇ m, and the sharpness of the displayed image was inferior.
  • the reason for this is considered to be that the resin base material of each example was manufactured by the casting method or polishing.
  • the casting method for example, the surface shape of the quartz glass used in the polymerization cell is transferred to the surface of the raw material of the resin base material of each example.
  • the flatness of the surface of the resin base material became equivalent to the flatness of the quartz glass, so that good thickness accuracy of the resin base material could be obtained.
  • polishing it was possible to obtain extremely high thickness accuracy of the resin base material.
  • Comparative Examples 1 and 2 it is considered that sufficient parallelism P could not be obtained because the surface shape of the tempered glass or the mold at the time of production was transferred.
  • the arithmetic mean roughness Ra of Examples 1 to 4 was 3.2 nm, 2.3 nm, 1.7 nm, and 2.0 nm, respectively, and all were less than 10 nm.
  • Ra of Comparative Examples 1 and 2 was 1.2 nm and 4.9 nm, respectively, and all were less than 10 nm. Therefore, regarding the smoothness represented by Ra, there was no significant difference between Examples 1 to 4 as compared with Comparative Examples 1 and 2.
  • the resin light guide plate of the present invention can display a clear image, and is useful for display devices such as wearable displays and head-mounted displays used for AR or MR, for example.
  • Resin base material 1 ... Resin base material, 2 ... Hologram layer, 3 ... Barrier layer, 4 ... Hard coat layer, 10 ... Image forming part, 11 ... Image display device, 12 ... Projection optical system, 20 ... Light guide plate, 20a ... Image light incident Surface, 20b ... Image light emitting surface, 30a ... Incident light side relief diffracting element, 30b ... Emitting light side relief diffracting element, 30c ... Resin substrate, 200 ... Surface, 201 ... First panel surface, 202 ... First 2 panel surface, 203 ... back surface, EY ... observer's eye, L1, L2, L3, L4 ... light

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Abstract

面積50×100mm当たりの平行度Pが5μm以下である樹脂基材を有する、導光板。

Description

導光板、及びARディスプレイ
 本発明は、導光板、及びこれを用いたARディスプレイに関する。
 本願は、2020年3月13日に日本で出願された特願2020-044442号、及び2020年5月28日に日本で出願された特願2020-093092号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
 表示装置において、画像表示用導光板が用いられる場合がある。例えば、VR(仮想現実)技術、AR(拡張現実)技術又はMR(複合現実)を用いた表示装置においては、ホログラム層が透明基材に支持された画像表示用導光板や、凹凸形状の回折光学パターンを有する透明基材から構成される画像表示用導光板が用いられる。ホログラム層には、種々の光学機能、例えば、導波、反射及び回折の機能を有するホログラムが形成される。
 透明基材としては、ガラス基材が用いられることが多い。しかし、加工性、軽量性、耐久性及び可搬性の観点から、透明基材として、樹脂基材が用いられることがより好ましい。
 特許文献1には、車載用ヘッドアップディスプレイに用いられるホログラム積層体が開示されている。このホログラム積層体は、アクリル系樹脂基板、アクリル系接着剤層、アクリル系フォトポリマーからなるホログラム層、アクリル系接着剤層及びアクリル系樹脂基板が、この順に積層されている。
 特許文献1には、アクリル系樹脂基板の表面平滑性によって、ホログラムの外観変化が発生することが記載されている。特許文献1によれば、ホログラム積層体の表面平滑性を表す最大高さRmaxが50μmを超えると、ホログラムの外観変化が顕著になる。最大高さRmaxが25μm未満の場合、ホログラムの外観変化は許容範囲である。ただし、特許文献1には、最大高さRmaxが1μm以下のナノオーダの表面平滑性の必要性については特に記載されていない。特許文献1には、ナノオーダの表面平滑性を有する具体例も何ら記載されていない。
 特許文献2には、第1光入射部と第1光出射部とを備えた第1導光体と、前記第1導光体の前記第1光入射部に設けられ、入射光の一部を回折させて前記第1導光体の内部を反射により導光させる第1回折光学素子と、前記第1導光体の前記第1光入射部と反対側の面に設けられた反射部材と、を有し、前記反射部材は、前記入射光のうち前記第1回折光学素子で回折されない光の少なくとも一部が、前記反射部材で反射した後、前記第1回折光学素子で回折し、前記第1導光体の内部を反射により導光するように配置されていることを特徴とする光学デバイスが記載されている(請求項1)。
日本国特開2000-296583号公報 日本国特許第6232863号公報
 しかしながら、上記の関連技術には、以下の問題がある。
 特許文献1に記載のホログラム積層体は、主に運転者が見る車載用のヘッドアップディスプレイに用いられる。このため、表示画像の画質は、特に高画質でなくてもよい。しかし、例えば、AR又はMRに用いるウェアラブルディスプレイ又はヘッドマウントディスプレイの場合、使用者の全視野において写実的な画像が表示されたり、細かな文字が表されたりすることが多い。このような用途においては、さらなる高画質化が求められる。
 本発明者の検討によれば、画像表示用導光板においてホログラム層が樹脂基材に挟まれている場合、最大高さRmaxが25μm未満であっても画質低下が観察されることがある。例えば、押出成形された樹脂基材の表面に、押出ローラの駆動ギアのかみ合いピッチに対応するピッチのうねり(ギアマーク)が生じていると、画像が不鮮明なる箇所が発生しやすい。
 また、特許文献2に記載された光学デバイスでは、導光体は、ガラス又は光透過性の樹脂材料により形成された板状の部材(導光板)である。ガラスは樹脂材料に比べて、軽量性が劣り、耐衝撃性が低く、安全性に劣る。一方、樹脂材料は、ガラスに比べて、吸水及び加熱に伴う寸法変化により、寸法精度、光学特性及び黄変性に劣る。そのため、特許文献2に記載の導光板を樹脂材料により形成した場合、特に、視認性に改善の余地が認められた。
 本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、鮮明な画像を表示でき視認性に優れた、樹脂製の画像表示用導光板を提供することを目的とする。
 本発明者は鋭意研究した結果、特定の形状に成形された樹脂基材を導光板として用いることによって、上記課題を解決できることを見出し、本発明に到った。
 上記の課題を解決するため、例えば、本発明は以下の態様を有する。
[1]面積50×100mm当たりの平行度Pが5μm以下であり、好ましくは0.2μm以上4μm以下であり、より好ましくは0.2μm以上3μm以下であり、さらに好ましくは0.2μm以上1.2μm以下であり、特に好ましくは0.2μm以上1.0μm以下であり、最も好ましくは0.2μm以上0.8μm以下である樹脂基材を有する導光板。
[2]JIS K7209:2000に準拠して測定される吸湿による寸法変化率が1.0%以下であり、より好ましくは0.01~1.0%であり、さらに好ましくは0.02~0.9%であり、特に好ましくは0.03~0.8%である、[1]に記載の導光板。
[3]JIS K6718-1付属書Aに準拠して測定される熱収縮率が3%以下であり、0%以上2.5%以下がより好ましく、0%以上2.0%以下がさらに好ましい、[1]または[2]に記載の導光板。
[4]前記樹脂基材の厚みが0.05~2mmであり、より好ましくは0.1mm以上1.5mm以下であり、さらに好ましくは0.5mm以上1mm以下である、 [1]~[3]のいずれかに記載の導光板。
[5]前記樹脂基材の表面の算術平均粗さRaが10nm以下であり、より好ましくは0.1nm以上8nm以下であり、さらに好ましくは0.5nm以上5nm以下であり、特に好ましくは1nm以上5nm以下である [1]~[4]のいずれかに記載の導光板。
[6]前記樹脂基材の屈折率が1.48以上であり、好ましくは1.48以上2.00以下であり、より好ましくは、1.48以上1.90以下であり、さらに好ましくは、1.48以上1.80以下である、[1]~[5]のいずれかに記載の導光板。
[7]前記樹脂基材が、ポリ(メタ)アクリル樹脂、エポキシ樹脂、環状ポリオレフィン及びポリカーボネートからなる群から選択される少なくとも1種の樹脂を含む、[1]~[6]のいずれか記載の導光板。
[8]前記樹脂基材の少なくとも一方の表面にバリア層又はハードコート層を有する、[1]~[7]のいずれかに記載の導光板。
[9]前記樹脂基材の少なくとも一方の表面に回折光学パターンを有し、回折光学パターンの最大高さが好ましくは0.05mm以上0.15μm以下であり、好ましくは0.1mm以上0.14μm以下であり、さらに好ましくは0.5mm以上0.13μm以下である、[1]~[8]のいずれかに記載の導光板。
[10]導光板の平面度は、0.5~500μmが好ましく、0.6~450μmがより好ましく、0.7~400μmがさらに好ましい、[1]~[9]のいずれかに記載の導光板。
[11]前記樹脂基材のガラス転移温度(Tg)は、50~200℃が好ましく、60~190℃がより好ましく、70~180℃がさらに好ましい、[1]~[10]のいずれかに記載の導光板。
[12]前記樹脂基材のシャルピー衝撃強度は、0.5~15kJ/mが好ましく、0.8~14.5kJ/mがより好ましく、1.0~14.0kJ/mがさらに好ましい、[1]~[11]のいずれかに記載の導光板。
[13]前記樹脂基材の比重は、1.0~1.5g/cmが好ましく、1.05~1.45g/cmがより好ましく、1.1~1.4g/cmがさらに好ましい、[1]~[12]のいずれかに記載の導光板。
[14]前記樹脂基材の光線透過率は、85%以上100%以下が好ましく、86%以上100%以下がより好ましく、87%以上100%以下がさらに好ましい、[1]~[13]のいずれかに記載の導光板。
[15]前記樹脂基材の黄色度(YI)は、0以上5以下が好ましく、0以上4以下がより好ましく、0以上3以下がさらに好ましい、[1]~[14]のいずれかに記載の導光板。
[16]前記樹脂基材の屈折率は、1.2~2.0が好ましく、1.3~1.9がより好ましく、1.4~1.8がさらに好ましい、[1]~[15]のいずれかに記載の導光板。
[17]リタデーションが、1~200nmが好ましく、3~150nmがより好ましく、4~100nmがさらに好ましい、[1]~[16]に記載の導光板。
[18][1]~[17]に記載の導光板を有する、AR画像表示用導光板。
[19][1]~[18]のいずれかに記載の導光板のAR画像表示への使用。
[20][1]~[19]のいずれかに記載の導光板を備えたARディスプレイ。
[21]画像光入射面に回折光学パターンを有し、前記画像光入射面の回折光学パターンの線幅(LIN)は、100~300nmが好ましく、120~280nmがより好ましく、140~260nmがさらに好ましい、[20]に記載の導光板を備えたARディスプレイ。
[22]画像光入射面に回折光学パターンを有し、前記画像光入射面の回折光学パターンの高さ(HIN)は、30~150nmが好ましく、40~140nmがより好ましく、50~130nmがさらに好ましい、[20]又は[21]に記載の導光板を備えたARディスプレイ。
[23]画像光入射面に回折光学パターンを有し、前記画像光入射面の回折光学パターンの高さ(HIN)と線幅(LIN)の比の値(高さ(HIN)/線幅(LIN))は、0.1~1.5が好ましく、0.14~1.17がより好ましく、0.19~0.93がさらに好ましい、[20]~[22]のいずれかに記載の導光板を備えたARディスプレイ。
[24]画像光出射面に回折光学パターンを有し、前記画像光出射面の回折光学パターンの線幅(LOUT)は、50~250nmが好ましく、70~230nmがより好ましく、90~210nmがさらに好ましい、[20]~[23]のいずれかに記載の導光板を備えたARディスプレイ。
[25]画像光出射面に回折光学パターンを有し、画像光出射面の回折光学パターンの高さ(HOUT)は、30~150nmが好ましく、40~140nmがより好ましく、50~130nmがさらに好ましい、[20]~[24]のいずれかに記載の導光板を備えたARディスプレイ。
[26]画像光出射面に回折光学パターンを有し、画像光出射面の回折光学パターンの高さと線幅の比の値(高さ(HOUT)/線幅(LOUT))は、0.12~3.0が好ましく、0.28~2.00がより好ましく、0.24~1.44がさらに好ましい、[20]~[25]のいずれかに記載の導光板を備えたARディスプレイ。
 本発明によれば、鮮明な画像を表示でき視認性に優れた、樹脂製の画像表示用導光板を提供できる。
図1は、本発明の導光板の一例を示す要部断面図である。 図2は、本発明の導光版の他の例を示す断面図である。 図3は、本発明の導光板の一例の平面図である。 図4は、実施例で用いた射出成型用金型の入射光側レリーフ型回折素子形成用パターンの一部を示す模式図である。 図5は、実施例で用いた射出成型用金型の出射光側レリーフ型回折素子形成用パターンの一部を示す模式図である。
 本発明の導光板に用いられる樹脂基材は、面積50×100mm当たりの平行度Pが5μm以下である。
 樹脂基材は、平板であることが好ましい。平板は表面に凹凸を有してもよいし有さなくてもよい。平板が表面に凹凸を有する場合、凹部の深さ及び凸部の高さは、30~150nmが好ましく、40~140nmがより好ましく、50~130nmがさらに好ましい。
 この平行度Pは、レーザ干渉計にて測定される、樹脂基材の測定面(上面又は下面)の面積50×100mm当たりの干渉縞の数と、1干渉縞あたりの厚みの変化量Δdの積として求められる値である。干渉縞の数は、前記レーザ干渉計にて測定された干渉像より、成形品中央部から成形品の上下左右の端部までの4方向で干渉縞の数を数え、平均値を干渉縞の数とする。このΔdは、下記式(1)により算出することができる。
 ここで、nは樹脂基材の屈折率であり、λは632.8nm(He-Neレーザの波長)である。樹脂基材の屈折率は、アッベ屈折計を用いてJIS K7142に基づき、23℃にて589nmのD線により測定して得られる値である。
 なお、測定する樹脂基材の面積が50×100mm未満である場合は、干渉縞の数を50×100mm当たりの面積値に換算して平行度Pを求める。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 この平行度Pの値は、導光板としての特性に影響し得るレベルの厚さ変化の頻度を意味し、厚み変化度と言い換えることもできる。この値が小さいほど、樹脂基材の上面及び下面がより平行に近いとともに、樹脂基材の厚みの精度が高いと判断することができる。
 すなわち、この樹脂基材の平行度Pを5μm以下とすることによって、これを用いた導光板を経由する画像を鮮明に表示させることができる。好ましくは4μm以下であり、より好ましくは3μm以下であり、さらに好ましくは1.2μm以下であり、特に好ましくは1.0μm以下であり、最も好ましくは0.8μm以下である。
 一方、樹脂基材の取り扱い時の変形や異物の付着等よる平行度Pの悪化に起因する、導光板の品質の低下やバラツキを抑制することができることから、この樹脂基材の平行度Pを0.2μm以上とするのが好ましい。
 本発明の導光板においては、吸湿率が0.01~1.0%の範囲であることが好ましい。より好ましくは0.02~0.9%の範囲であり、さらに好ましくは0.03~0.8%の範囲である。
 また、本発明の導光板においては、吸湿による寸法変化率が1.0%以下であることが好ましい。より好ましくは0.01~1.0%の範囲であり、さらに好ましくは0.02~0.9%の範囲であり、特に好ましくは0.03~0.8%の範囲である。
 この吸湿による寸法変化率が1.0%以下であることによって、本発明の導光板の寸法精度がより優れたものとなり、導光板の画像表示特性の経時的な変動を抑制できる傾向にある。さらに好ましくは0.9%以下であり、特に好ましくは0.8%以下である。
 また、吸湿による寸法変化率を0.01%以上とすることによって、本発明の導光板を過度に加工する必要がなくなるため、その生産性を向上させることができる。さらに好ましくは0.02%以上であり、特に好ましくは0.03%以上である。
 光透過性の樹脂材料でもある本発明の導光板の吸湿率は、JIS K 7209:2000に準拠して、試験片を23℃の蒸留水に浸漬し、吸水による24時間当たりの重量増加率を算出して求められる値である。
 また、光透過性の樹脂材料でもある本発明の導光板の吸湿による寸法変化率は、JIS K 7209:2000に準拠して、試験片を23℃の蒸留水に浸漬し、吸水による24時間当たりの重量増加率を樹脂材料の比重で除する事により算出される値である。
 さらに、本発明の導光板においては、JIS K 6718-1:2015の付属書Aに準拠して測定される熱収縮率が、3%以下であることが好ましい。これにより、この導光板を用いて形成される、AR又はMR等のホログラムを利用した表示画像の鮮明性が良好となる傾向にある。この熱収縮率は、2.5%以下がより好ましく、2.0%以下がさらに好ましい。
 本発明の画像表示用導光板においては、前記樹脂基材の表面の算術平均粗さRaが10nm以下であることが好ましい。これにより、この導光板を用いて形成される、表示画像の鮮明性がより良好となる傾向にある。より好ましくは8nm以下であり、さらに好ましくは5nm以下である。
 また、本発明の画像表示用導光板においては、前記樹脂基材の表面の算術平均粗さRaが0.1nm以上であることが好ましい。これにより、樹脂基材の取り扱い時の変形や異物の付着等よる平行度Pの悪化に起因する、導光板の品質の低下やバラツキを抑制できる傾向にある。より好ましくは0.5nm以上であり、さらに好ましくは1nm以上である。
 本発明の画像表示用導光板においては、前記樹脂基材の屈折率が1.20以上であるのが好ましい。これにより、画像表示用導光板として用いた際の視認性が良好となる傾向にある。より好ましくは1.30以上であり、さらに好ましくは1.40以上である。また、視野角を拡大させることができるという観点では、前記樹脂基材の屈折率は1.48以上であるのが好ましい。より好ましくは、1.49以上である。
 この樹脂基材の屈折率は、アッベ屈折計を用いてJIS K7142に基づき、23℃にて589nmのD線により測定して得られる値である。
 また、本発明の画像表示用導光板においては、前記樹脂基材の屈折率が2.00以下であるのが好ましい。これにより、樹脂基材を極端に薄くすることなく、画像表示用導光板として加工しやすい厚さで取り扱うことができる。より好ましくは、1.90以下であり、さらに好ましくは、1.80以下である。
 本発明の画像表示用導光板において、前記樹脂基材に使用できる材料としては、光透過性の樹脂材料を用いることができ、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ナイロン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール共重合体、フッ素樹脂フィルム、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、環状ポリオレフィン、セルロース、アセチルセルロース、ポリ塩化ビニリデン、アラミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリ(メタ)アクリル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリアリレート、ポリノルボルネン、スチレン-イソブチレン-スチレンブロック共重合体(SIBS)、アリルジグリコールカーボネート等の有機材料が挙げられる。ポリ(メタ)アクリル樹脂、エポキシ樹脂、環状ポリオレフィン及びポリカーボネートからなる群から選択される少なくとも1種の樹脂を含むことが好ましい。
 これらの樹脂材料は公知の方法により重合性材料を重合することにより得ることができる。重合性材料は、単量体、重合開始剤、乳化剤等を含むものが好ましい。単量体として、例えばポリ(メタ)アクリル樹脂の場合、(メタ)アクリル酸エステルが挙げられ、脂肪族メタクリレート(例えば、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル)、脂環式メタクリレート(例えば、メタクリル酸シクロヘキシル)、芳香族メタクリレート(例えば、メタクリル酸フェニル)等等が挙げられる。重合開始剤としては、アゾ重合開始剤、有機過酸化物等が挙げられる。アゾ重合開始剤としては、2,2’-アゾビス-(2,4-ジメチルバレロニトリル)等が挙げられる。有機過酸化物としては、t-ヘキシルパーオキシピバレート等が挙げられる。乳化剤としては、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム等が挙げられる。
 前記樹脂基材の透明性の観点では、ポリカーボネート又はポリ(メタ)アクリル樹脂を用いることが好ましく、前記樹脂基材の耐薬品性及び加工性等の耐プロセス性の観点では、ポリ(メタ)アクリル樹脂、エポキシ樹脂又は環状ポリオレフィンを用いることが好ましいが、中でも透明性及び耐プロセス性を両立できることから、ポリ(メタ)アクリル樹脂がより好ましい。
 本発明の導光板にホログラム層を採用する場合においては、前記樹脂基材とこのホログラム層との間にバリア層を導入することもできる。バリア層を導入することにより、ホログラム層の劣化を抑制して、鮮明な画像を維持することができる。また、本発明の導光板においては、前記樹脂基材にハードコート層を導入することもできる。ハードコート層を導入することにより、前記樹脂基材の表面の傷つきを抑制して鮮明な画像を維持することができる。これらバリア層、ハードコート層はいずれか、または両方を用いても良い。図2において、バリア層と、ハードコート層とを有する導光板の断面図を示す。図2において、樹脂基材1とホログラム層2との間にバリア層3を備え、樹脂基材1のバリア層3側の面とは反対側の面にハードコート層4を備える。
 バリア層の材料としては、例えば、珪素酸化物、珪素窒素酸化物、DLC、アルミニウム酸化物及びガラスを挙げることができるが、酸化亜鉛、酸化アンチモン、酸化インジウム、酸化セリウム、酸化カルシウム、酸化カドミウム、酸化銀、酸化金、酸化クロム、酸化ケイ素、酸化コバルト、酸化ジルコニウム、酸化スズ、酸化チタン、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、酸化白金、酸化パラジウム、酸化ビスマス、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化モリブデン、酸化バナジウム又は酸化バリウム等の酸化物であってもよい。
 このバリア層は、層厚が10~300nmの範囲であるのが好ましく、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、又はプラズマCVD法等の方法により形成させることができる。
 また、ハードコート層の材料としては、例えば、活性エネルギー線の照射により硬化物を形成する重合性モノマー又は重合性オリゴマー等を含むハードコート剤が挙げられる。前記重合性モノマーとしては、例えば、分子中にラジカル重合性不飽和基を有する(メタ)アクリレートモノマーが挙げられる。前記重合性オリゴマーとしては、分子中にラジカル重合性不飽和基を有する(メタ)アクリレートオリゴマーが挙げられる。
 このハードコート層は、鉛筆硬度(JIS K 5600-5-4:1999)がH以上、層厚が1~50μmの範囲であるのが好ましい。
 また、このハードコート層は、例えば、上記のようなハードコート剤を流延法、ローラーコート法、バーコート法、噴霧コート法、エアーナイフコート法、ディッピング法等の塗布法で樹脂基材上に直接塗布し、得られる塗布膜に光照射することで形成させることができる。
 上述のように樹脂基材の表面にバリア層やハードコート層を導入する場合には、導光板においても、50×100mm当たりの平行度Pが5μm以下であるのが好ましい。
 上述の平行度Pを有し厚み精度に優れる樹脂基材は、例えば、キャスト方式を用いて製造することができる。また、樹脂基材に切削加工、研磨加工、プレス成形といった後加工をすることで製造することもできる。
 上述の切削加工、研磨加工、プレス成形といった後加工は、バリア層、ハードコート層が導入された樹脂基材にも適応することができる。
 前記キャスト方式としては、ガラスキャスト方式が用いられてもよい。前記ガラスキャスト方式では、表面が平滑なガラス板の間に前記樹脂基材の原料が流し込まれた後、重合工程が行われることによって前記樹脂の原料が固化させられる。前記樹脂基材が前記ガラスキャスト方式によって製造される場合、ガラスキャスト方式に用いるガラス(以下「キャスト用ガラス」という場合がある。)の表面形状が前記樹脂基材に転写される。
 前記キャスト用ガラスは、内部歪みが小さいほど、前記樹脂基材の平行度Pが向上する傾向にある。例えば、前記キャスト用ガラスとしては、強化ガラスよりも非強化ガラスの方が好ましい。ただし、強化ガラスであっても、風冷強化ガラスに比べて歪みの少ない化学強化ガラスであれば、前記樹脂基材の平行度Pがより向上する傾向にある。
 前記キャスト用ガラスの厚みは厚いほど、前記キャスト用ガラスの剛性が高くなり、前記樹脂基材製造時のガラスの変形が抑制されるので、前記樹脂基材の平行度Pを向上できる。
 前記キャスト用ガラスは変形しにくいほど前記キャスト用ガラスの剛性が高くなり、前記樹脂基材製造時のガラスの変形が抑制されるので、前記樹脂基材の平行度Pを向上できる。例えば非強化ガラスよりも、合成石英ガラスを用いることがより好ましい。
 前記キャスト方式における重合工程において、硬化速度が低いほど、前記キャストの表面形状が前記樹脂基材に転写されやすくなるので、前記樹脂基材の平面性及び平滑性を向上できる。
 前記硬化速度を低下させる手段としては、例えば、重合開始剤の量を低減する、又は重合温度を低くする等の手段が用いられてもよい。
 前記キャストには剥離剤を使用することができるが、その使用量は少ないほど好ましい。これにより、前記キャストの表面形状が前記樹脂基材により転写されやすくなり、前記樹脂基材の平面性及び平滑性を向上させることができる。
 前記キャスト方式における重合工程では、基材形成用のモノマーを予備重合されることによって、前記樹脂基材の平面性及び平滑性を向上できる。
 前記キャスト方式における重合工程では、基材形成用のモノマーに基材形成用のポリマーを溶解した原料を用いてキャスト重合を行うことによって、硬化収縮が小さくなり、前記キャストの表面形状が前記樹脂基材に転写されやすくなるので、前記樹脂基材の平面性及び平滑性を向上できる。
 前記キャスト方式においては、上述の各技術は2以上組み合わせて用いられてもよい。この場合、各技術の相乗効果によって、さらに前記樹脂基材の平行度Pを向上できる。
 前記樹脂基材に対する切削加工、研磨加工、プレス成形等の後加工は、公知技術等を適宜選択して実施することができる。
 前記樹脂基材の厚みは特に限定されないが、この樹脂基材の厚みは、0.05~2mmであるのが好ましい。
 樹脂基材の厚みが0.05mm以上であると、安定した形状に保持しやすく、平行度Pの測定誤差を小さく抑えることができる傾向にあり好ましい。より好ましくは0.1mm以上であり、さらに好ましくは0.5mm以上である。
 また、樹脂基材の厚みが2mm以下であると、画像表示用導光板の質量を低減させ、軽量化できるとともに、樹脂基材の吸水に起因する変形や残留歪みを低減できる傾向にあり好ましい。より好ましくは1.5mm以下であり、さらに好ましくは1mm以下である。
 樹脂基材の厚みは、23℃にてマイクロメーターにより4箇所の厚さを測定して、これらの平均値を算出して得られる値である。
 樹脂基材の厚み公差は、±0mm以上0.2mm以下が好ましく、±0.001mm以上0.2mm以下が好ましい。
 本発明の導光板には、光透過性の樹脂基材の少なくとも一方の表面に回折光学パターンを付与させることもでき、これにより画像表示用導光板として、ARディスプレイ等に好適に用いることができる。
 例えば、樹脂基材の表面の画像光入射面及び画像光出射面に、金型上に光学設計された回折光学パターンを転写賦形することにより、レリーフ型回折素子が形成された導光板を得ることができる。
 この回折光学パターンは、特に限定されるものではないが、回折光学パターンの最大高さを0.15μm以下とするのが好ましい。これにより、回折光学パターンによる上述の平行度Pへの影響が低減し、鮮明な画像を表示できる傾向ある。より好ましくは0.14μm以下であり、さらに好ましくは0.13μm以下である。
 上述のように樹脂基材の表面に回折光学パターンを付与させる場合には、導光板においても、50×100mm当たりの平行度Pが5μm以下であるのが好ましい。
 以下では、図面を適宜参照しながら、レリーフ型回折素子を有する、ARディスプレイ用の導光板の一例を説明する。
 図1は、本発明の導光板の一例を示す要部断面図である。図1に示す導光板20は、樹脂基材30cの表面200の画像光入射面20a及び画像光出射面20bに、金型上に光学設計された回折光学パターンを転写賦形することにより形成されたレリーフ型回折素子(入射光側レリーフ型回折素子30a,出射光側レリーフ型回折素子30b)を有する。
 図3は、図1に示す矢印Aから導光板20を見た平面図である。
 図1及び図3に示す導光板20の全体的な外観は、図中YZ面に平行に延びる平板状の部材である樹脂基材30cによって形成されている。この導光板20は、光透過性の樹脂材料により形成された板状の部材であり、画像形成部10に対向配置された表面200、表面200の裏側である第1のパネル面201、裏面203の裏側であり、第1のパネル面201と対向する第2のパネル面202とを有し、表面200に形成された画像光入射面20aを通じて画像光が入射され、第1のパネル面201及び第2のパネル面202により、画像光出射面20bへ導光する。
 図1に示す画像形成部10は、画像表示装置11と、投射光学系12とを有する。画像表示装置11は、例えば、液晶表示デバイスであり、光源から赤、緑、青の3色を含む光を発生させ、光源からの光を拡散させて矩形断面の光束にして、投射光学系12に向けて出射する。一方、投射光学系12は、例えば、画像表示装置11上の各点から出射された画像光を平行状態の光束に変換して、導光板20に入射させるコリメートレンズである。
 樹脂基材30c導光板20は、YZ面に平行な表面200上に、画像形成部10からの画像光を取り込む光入射部である画像光入射面20aと、画像光を観察者の眼EYに向けて出射させる画像光出射面20bとを有している。画像光入射面20aには、入射光側レリーフ型回折素子30aが金型上に光学設計された回折光学パターンを転写賦形することにより形成され、画像光出射面20bには、画像光出射面20bから外部に向けて出射された画像光を回折させて透過させ、虚像光として観察者の眼EYに投射する出射光側レリーフ型回折素子30bが金型上に光学設計された回折光学パターンを転写賦形することにより形成されている。
 図1では、入射光側レリーフ型回折素子30aと出射光側レリーフ型回折素子30bは、一例として、格子周期が同一となっている。しかし、入射光側レリーフ型回折素子30aと出射光側レリーフ型回折素子30bの格子周期は異なっていてもよい。
 樹脂基材30c導光板20は、互いに対向しYZ面に対して平行に延びる第1のパネル面201及び第2のパネル面202を有しており、入射光側レリーフ型回折素子30aで回折させた画像光を樹脂基材30c導光板20内で全反射させて、入射光側レリーフ型回折素子30aで回折させた画像光を観察者の眼前に導光する。換言すると、画像形成部10から出射された光L1は、画像光入射面20aに入射して入射光側レリーフ型回折素子30aで回折され(光L2)、光L2は第2のパネル面202に入射して全反射され(光L3)、次いで、光L3は、第1のパネル面201に入射して全反射される。以下この動作が繰り返されることで、画像光は、樹脂基材30c導光板20の画像光出射面20bに導かれる。画像光出射面20bに導かれた画像光は、出射光側レリーフ型回折素子30bで回折された後、観察者の眼EYに向けて出射される(光L4)。
 なお、第1のパネル面201及び第2のパネル面202には反射コートを施さず、第1のパネル面201及び第2のパネル面202に対して外界側から入射する外界光が、高い透過率で樹脂基材30c導光板20を通過するようにしてもよい。これにより、導光板20を、外界像の透視が可能なシースルータイプとすることができる。
 導光板20は、光透過性の樹脂材料によって形成された、視認性に優れるARディスプレイ用の導光板である。
 画像光入射面20aの回折光学パターンの線幅(LIN)は、100~300nmが好ましく、120~280nmがより好ましく、140~260nmがさらに好ましい。
 画像光入射面20aの回折光学パターンの高さ(HIN)は、30~150nmが好ましく、40~140nmがより好ましく、50~130nmがさらに好ましい。
 画像光入射面20aの回折光学パターンの高さ(HIN)と線幅(LIN)の比の値(高さ(HIN)/線幅(LIN))は、0.1~1.5が好ましく、0.14~1.17がより好ましく、0.19~0.93がさらに好ましい。
 画像光入射面20aの回折格子パターンの線幅(LIN)、高さ(HIN)及び高さ(HIN)/線幅(LIN)が上記範囲内であると、画像形成部より出射された画像光が画像入射面通過後の回折角が所定の範囲内となり、回折光が導光板内を全反射で伝播し、画像光出射面に到達する事が可能となる。
 画像光入射面20aの回折格子パターンの線幅(LIN)及び高さ(HIN)は、原子間力顕微鏡(Nano-R、パシフィックナノテクノロジー社製)を用いて測定して得られる値である。
 画像光入射面20aの回折格子パターンの高さ(HIN)と線幅(LIN)の比の値(HIN/LIN)は、上述した方法によって測定した高さ(HIN)及び線幅(LIN)から計算して求めた値である。
 画像光出射面20bの回折光学パターンの線幅(LOUT)は、50~250nmが好ましく、70~230nmがより好ましく、90~210nmがさらに好ましい。
 画像光出射面20bの回折光学パターンの高さ(HOUT)は、30~150nmが好ましく、40~140nmがより好ましく、50~130nmがさらに好ましい。
 画像光出射面20bの回折光学パターンの高さと線幅の比の値(高さ(HOUT)/線幅(LOUT))は、0.12~3.0が好ましく、0.28~2.00がより好ましく、0.24~1.44がさらに好ましい。
 画像光出射面20bの回折格子パターンの線幅(LOUT)、高さ(HOUT)及び高さ(HOUT)/線幅(LOUT)が上記範囲内であると、導光板内で伝播してきた画像光が出射面を通過後、回折角が所定の範囲内となり、画像のぼかしやゴーストが無く、視認性に優れた画像が観察者に到達する事が可能となる。
 画像光出射面20bの回折格子パターンの線幅(LOUT)、高さ(HOUT)及び高さ(HOUT)/線幅(LOUT)は、それぞれ、画像光入射面20aの回折格子パターンの線幅(LIN)、高さ(HIN)及び高さ(HIN)/線幅(LIN)と同様にして求めた値である。
 導光板20の平面度は、0.5~500μmが好ましく、0.6~450μmがより好ましく、0.7~400μmがさらに好ましい。
 導光板20の平面度が上記範囲内であると、本発明の導光板の寸法精度がより優れたものになる。
 導光板20の平面度は、御影石定盤に、導光板20の裏面203を下にして置き、定盤と導光板20との隙間にシックネスゲージを差込み測定して得られる値である。
 導光板20の平行度Pは、上述の通り5μm以下が好ましい。より好ましくは3μm以下であり、さらに好ましくは1.2μm以下であり、特に好ましくは1.0μm以下であり、最も好ましくは0.8μm以下である。
 前記光透過性の樹脂材料のガラス転移温度(Tg)は、50~200℃が好ましく、60~190℃がより好ましく、70~180℃がさらに好ましい。
 前記光透過性の樹脂材料のガラス転移温度(Tg)が上記範囲内であると、本発明の導光板の寸法精度がより優れたものになる。
 前記光透過性の樹脂材料のガラス転移温度(Tg)は、示差走査熱量計(Diamond DSC、パーキンエルマージャパン社製)を用いた示差走査熱量測定によって測定して得られる値である。
 前記光透過性の樹脂材料のシャルピー衝撃強度は、0.5~15kJ/mが好ましく、0.8~14.5kJ/mがより好ましく、1.0~14.0kJ/mがさらに好ましい。
 前記光透過性の樹脂材料のシャルピー衝撃強度が上記範囲内であると、本発明の導光板の安全性がより優れたものになる。
 前記光透過性樹脂材料のシャルピー衝撃強度は、万能衝撃試験機(安田精機製作所社製)を用いてJIS K 7111:2012に基づき、試験片にノッチを付与し、振り子にて試験片を衝突させた際の衝撃強度を測定して得られる値である。
 前記光透過性の樹脂材料の比重は、1.0~1.5g/cmが好ましく、1.05~1.45g/cmがより好ましく、1.1~1.4g/cmがさらに好ましい。
 前記光透過性の樹脂材料の比重が上記範囲内であると、本発明の導光板の軽量性がより優れたものになる。
 前記光透過性の樹脂材料の比重は、JIS K 7112:1999に準拠して、試験片を密度勾配管に投入したとき、試験片が浮遊している目盛の読取値である。
 前記光透過性の樹脂材料の光線透過率は、85%以上が好ましく、86%以上がより好ましく、87%以上がさらに好ましい。
 前記光透過性の樹脂材料の黄色度(YI)は、5以下が好ましく、4以下がより好ましく、3以下がさらに好ましい。
 前記光透過性の樹脂材料の黄変度(ΔYI)は、5以下が好ましく、4以下がより好ましく、3以下がさらに好ましい。
 前記光透過性の樹脂材料の光線透過率、黄色度(YI)及び黄変度(ΔYI)が上記範囲内であると、本発明の導光板の透明性や視認性がより優れたものになる。
 前記光透過性の樹脂材料の屈折率は、1.2~2.0が好ましく、1.3~1.9がより好ましく、1.4~1.8がさらに好ましい。
 前記光透過性の樹脂材料の屈折率が上記範囲内であると、本発明の導光板の視認性がより優れたものになる。
 前記光透過性の樹脂材料の屈折率は、アッベ屈折計を用いてJIS K7142に基づき、23℃にて589nmのD線により測定して得られる値である。
 導光板20のリタデーションは、1~200nmが好ましく、3~150nmがより好ましく、4~100nmがさらに好ましい。
 導光板20のリタデーションが上記範囲内であると、本発明の導光板の視認性がより優れたものになる。
 導光板20の厚さ(d)は、23℃にてマイクロメーターにより4箇所の厚さを測定して、これらの平均値を算出して得られる値である。
 導光板の厚み公差は、±0mm以上0.2mm以下が好ましく、±0.001mm以上0.2mm以下が好ましい。
 本発明の導光板は、例えば、入射光側レリーフ型回折素子形成用の回折パターン(図4)及び出射光側レリーフ型回折素子形成用の回折パターン(図5)を備えた射出成型用の型を準備し、上述した光透過性の樹脂材料を用いて射出成型を行うことによって製造することもできる。
 具体的には、下記(1)~(3)の製造方法が挙げられる:
(1)重合セルに重合性原料を注入すること(注入工程)、重合性原料を硬化させること(硬化工程)、及び重合セルから樹脂基材を剥離すること(剥離工程)を含む導光板の製造方法;
(2)樹脂板を切削加工及び研磨加工すること(切削・研磨工程)を含む導光板の製造方法;及び
(3)射出成型用の型を用いて、樹脂基材を構成する樹脂材料を射出成型すること(射出成型工程)を含む導光板の製造方法。
 前記(1)の製造方法の注入工程において、重合セルとしては、空間部の厚さが0.05mm以上4.0mm以下、空間部の厚み公差が±0.0001mm以上±0.2mm以下の重合セルを使用することが好ましく、空間部の厚さが0.1mm以上3.8mm以下、厚み公差が±0.0001mm以上±0.01mm以下の重合セルを使用することがより好ましい。
 硬化工程において、重合性原料は、熱重合、光重合等により硬化させることができる。熱重合の場合、30℃以上150℃以下で、5分以上120分以下で重合させることが好ましく、50℃以上130℃以下で、10分以上60分以下で重合させることがより好ましい。光重合の場合、200nm以上500nm以下の波長の光を、照射強度10mWcm-2以上1000mWcm-2以下、照射時間1秒以上100秒以下で重合させることが好ましく、200nm以上500nm以下の波長の光を、照射強度50mWcm-2以上500mWcm-2以下、照射時間2秒以上20秒以下で重合させることが好ましい。
 剥離工程において、硬化工程後、重合セルを室温まで冷却してから剥離することが好ましい。
 前記(2)の製造方法の切削・研磨工程において、使用する樹脂板は市販品でもよいが、なかでも連続キャストアクリル板が好ましい。切削する方法としては、NC加工、砥石加工、ラッピング加工などが好ましい。研磨する方法としては、バフ研磨、化学研磨、電解研磨、化学機械研磨(CMP研磨)などが好ましい。この中でも、化学機械研磨(CMP研磨)は、樹脂基材の平行度Pや表面粗さをより短時間で低減させることができる傾向にあり、特に好ましい。
 この化学機械研磨は、研磨材(砥粒)が有する表面化学作用や、これを含むスラリー液中の化学成分の作用によって、研磨材と研磨対象物との相対運動による機械的研磨(表面除去)効果を増大させる研磨方法である。
 化学機械研磨としては、例えば、研磨パッドを貼り付けた上下定盤の間に樹脂板が取り付けられたキャリアを一定圧力で挟み、前記上下定盤を40℃以下に保つように温度制御した状態で、前記キャリアを自転・公転させながら前記上下定盤と前記キャリア間に研磨材を含んだスラリー液を送液し、同時に上下定盤を一定速度で回転させるという工程を採用することができる。
 この化学機械研磨の条件は、上述の平行度Pを有する樹脂基材が得られる条件を適宜選択することができ、特に限定されるものではない。また、研磨パッドやスラリー液についても、公知のものを適宜選択して使用することができる。
 前記(3)の製造方法の射出成形工程において、金型上に光学設計された回折光学パターンの転写性を高めるため、射出成形材料の標準成形条件に対し、シリンダー温度は高く、射出速度は速く、金型温度は高く行うことが好ましい。また、平行度Pを小さくするために、金型温度分布を均一にすることが好ましい。さらに、射出圧縮成形を行うことがより好ましい。
 以下、本発明を実施例によってより具体的に説明する。しかし、本発明は後述する実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない限り、種々の変更が可能である。
[実施形態の実施例及び比較例(実施例1~4、比較例1~2)]
 以下、実施形態の実施例及び比較例について説明する。
 下記表1に実施例1~4及び比較例1~2に用いる樹脂基材の構成及び評価結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 高精度石英…厚み10mm、板厚公差±0.001mm
 通常ガラス…厚み6mm、板厚公差±0.3mm
 アクリライトLは、三菱ケミカル株式会社の日本国における登録商標。
<実施例>
 以下実施例は、画像表示用導光板の製造に対応する実施例である。
 表1に示すように、樹脂基材の材料としては、アクリル樹脂(PMMA、屈折率1.49)と光硬化性樹脂(OGSOL EA-F5710、大阪ガスケミカル株式会社製、屈折率1.62)を用いた。樹脂基材の板厚は1mmまたは1.5mmであった。
(実施例1)
 実施例1の樹脂基材は、以下のようにして製造した。
 冷却管、温度計及び攪拌機を備える反応器(重合釜)に、MMA(メタクリル酸メチル)100部を投入し、撹拌した。窒素ガスでバブリングした後、加熱を開始した。内温が80℃になった時点で、ラジカル重合開始剤である2,2’-アゾビス-(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.05部を添加した。さらに内温100℃まで加熱した後、10分間保持した。その後、反応器を室温まで冷却して、MMAが部分的に重合した粘性混合物であるシラップを得た。シラップの重合率は約20質量%であった。
 この後、シラップ100部にt-ヘキシルパーオキシピバレート0.2部、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム0.01部を添加し、室温下で完全に溶解して、重合性原料を形成した。
 減圧下で、重合性原料中の溶存空気を除去した後、鏡面仕上げされた厚み10mm、厚み公差±0.001mmの合成石英ガラス製の一対の重合セルに原料を注入した。
 重合性原料を注入した重合セルを、80℃の温水浴で60分保持した後取り出し、130℃のオーブンで30分加熱しシラップを完全に硬化させた。重合セルが室温まで冷却された後、石英ガラスを剥離し、樹脂基材を得た。
(実施例2)
 実施例2の樹脂基材の製造条件は、重合性原料を注入した重合セルを、80℃の温水浴で30分保持した以外は実施例1と同様とした。
(実施例3)
 表1に示すように、実施例3は、比較例2と同等の厚み1.5mmの連続キャストアクリル板(ポリメチルメタクリレート)であるアクリライトL(登録商標)を、化学機械研磨により厚み1mmに加工したものを用いた。
(実施例4)
 m-フェノキシベンジルアクリレート由来の構成単位と、フルオレン構造とを有する光硬化性樹脂であるOGSOL EA-F5710(大阪ガスケミカル株式会社製)100部に対して、光重合開始剤としてOmnirad184及びOmnirad.TPOをそれぞれ1部、0.1部添加した重合性原料を作製した。次いで、石英ガラス一対の重合セルに前記重合性原料を注入し、高圧水銀灯ランプを50mW/cmの照度で1000mJ/cmの露光量で光重合することで厚み2.0mmの樹脂基材を得た。さらに、この樹脂基材を化学機械研磨により厚み1mmに加工した。
(比較例1)
 表1に示すように、比較例1は重合セルに厚み6mm、厚み公差±0.3mmの強化ガラスを用いた以外は実施例1と同様とした。
(比較例2)
 表1に示すように、比較例2における樹脂基材は、厚み1.5mmの連続キャストアクリル板であるアクリライトL(登録商標、三菱ケミカル株式会社製)を用いた。
<評価方法>
 次に、実施例1~4及び比較例1~2の評価方法について説明する。
(平行度P)
 樹脂基材の平行度Pは、レーザFizeau式干渉計(製品名:レーザ干渉計G102、Fujifilm社製)を用いて、光源波長632.8nmのHe-Neレーザを用いて測定される干渉縞の数と1干渉縞あたりの厚みの変化量Δdの積として算出した。
 1干渉縞の厚み変化量Δdは、樹脂基材の屈折率n、レーザ波長λとして、下記式(1)により算出される値であり、例えば、樹脂基材がアクリル樹脂(ポリメチルメタクリレート、n=1.49)である場合は、Δdは0.212μmとなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 この平行度Pの測定サンプルとしては、幅50mm、長さ100mm、厚さ1.0mm又は1.5mmの平板状の樹脂板を用いた。
 測定で得られる干渉パターンは電荷結合デバイス(CCD)カメラで記録し、デジタルで保存した。次いで、測定面の面積50×100mm当たりの干渉縞の数とΔdの積より平行度Pを算出した。干渉縞の数は、前記レーザ干渉計にて測定された干渉像より、成形品中央部から成形品の上下左右の端部までの4方向で干渉縞の数を数え、平均値を干渉縞の数とした。
(吸湿による寸法変化率)
 JIS K 7209:2000に準拠して、試験片を23℃の蒸留水に浸漬し、吸水による24時間当たりの重量増加率を樹脂材料の比重で除する事により算出した。
(熱収縮率)
 JIS K 6718:2015の付属書A「加熱時の寸法変化(収縮)の測定」に準拠する寸法変化(収縮)の測定することにより算出した。
(Ra)
 Raの評価では、各評価サンプルの表面の算術平均粗さRaを測定した。測定装置としては、白色干渉型表面形状測定機Zygo NewView(登録商標) 6300(商品名;Zygo Corporation社製)を用いた。対物レンズの倍率は2.5倍とした。観察範囲は、2.8mm×2.1mmの矩形状の範囲とした。
(光線透過率)
 HAZEメーター NDH-5000(日本電色工業製)にて、全光線透過率を測定した。得られた全光線透過率が高いほど、透明性に優れることを示す。
(黄変度ΔYI)
 S&Mカラーコンピューター SM-T型(スガ試験機社製)にて、黄変度ΔYIを測定した。得られた黄変度ΔYI値が低いほど、透明性に優れることを示す。
(リタデーション)
 23℃かつ相対湿度55%で2時間以上静置したサンプルを複屈折測定装置 KOBRA-WR(王子計測器(株)製)を用いて波長550nmにおけるリタデーション値を測定した。得られたリタデーション値が低いほど複屈折が低く、後述する表示画像の鮮明性に優れる。
(表示画像の鮮明性)
 実施例1~4及び比較例1~2の画像表示用導光板を画像表示装置に取り付けた。画像表示装置には、表示を行う画像光を画像表示用導光板の入射部に入射する光学系、駆動電源、及び画像光を得るための画像情報等を供給する回路システムが設けられていた。
 評価に用いる入力画像としては、白色画像と、文字表示画像と、を用いた。
 評価は、白色画像と、文字表示画像との、見え方を目視で判定することにより行った。文字画像としては、大きさ10mm×100mm以内の「ABCDE」が表示されるようにした。
 白色画像において虹色が見えず、文字表示画像において、文字が非常にはっきり見える場合、特に良い(very good、表1では「S」と記載)と判定する。
 白色画像において虹色が見えず、文字表示画像において、文字がはっきり見える場合、良い(good、表1では「A」と記載)と判定する。
 白色画像においてわずかに虹色が見えるが、文字表示画像において、文字がはっきり見える場合、可(fair、表1では「B」と記載)と判定する。
 白色画像において少なくとも一部に虹色が見え、かつ文字表示画像において、文字の輪郭がぼやけて見える場合、不可(no good、表1では「C」と記載)と判定する。
<評価結果>
 表1に示すように、実施例1~4の平行度Pは、それぞれ、3.7μm、4.9μm、0.5μm、0.8μmであった。実施例2は実施例1に比べて平行度Pが低下していた。この理由は、実施例2は重合セルの保持時間が実施例1に比べて短いため、未重合のシラップが多く残存、次のオーブン中で急速に重合したことで、表面の反応均一性が低下したためと考えられる。実施例1~4の平行度Pはいずれも5μm未満であり、表示画像の鮮明性に優れていた。これに対して、比較例1~2の平行度Pは、いずれも30μmを超えており、表示画像の鮮明性が劣っていた。
 この理由は、各実施例の樹脂基材がキャスト法、又は研磨によって製造されたためと考えられる。キャスト法では、各実施例の樹脂基材の原料の表面に、例えば、重合セルに用いた石英ガラスの表面形状が転写される。この際、樹脂基材の表面の平面性が石英ガラスの平面性と同等になることで、樹脂基材の良好な厚み精度を得ることができた。また、研磨により、樹脂基材の極めて高い厚み精度を得ることができた。
 これに対して、比較例1~2においては、強化ガラス、または製造時の鋳型の表面形状が転写されたため、充分な平行度Pが得られなかったと考えられる。
 実施例1~4の算術平均粗さRaは、それぞれ、3.2nm、2.3nm、1.7nm、2.0nmであり、いずれも10nm未満であった。これに対して、比較例1~2のRaは、それぞれ、1.2nm、4.9nmであり、いずれも10nm未満であった。このため、Raで表される平滑性に関しては、実施例1~4は、比較例1~2に比べて大きな差はなかった。
 以上、本発明の好ましい実施形態、及び実施例を説明したが、本発明はこれらの実施形態、及び実施例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。
 また、本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
 本発明の樹脂製の導光板は、鮮明な画像を表示でき、例えば、AR又はMRに用いるウェアラブルディスプレイ又はヘッドマウントディスプレイ等の表示装置用途に有用である。
 1…樹脂基材、2…ホログラム層、3…バリア層、4…ハードコート層、10…画像形成部、11…画像表示装置、12…投射光学系、20…導光板、20a…画像光入射面、20b…画像光出射面、30a…入射光側レリーフ型回折素子、30b…出射光側レリーフ型回折素子、30c…樹脂基材、200…表面、201…第1のパネル面、202…第2のパネル面、203…裏面、EY…観察者の眼、L1,L2,L3,L4…光

Claims (11)

  1.  面積50×100mm当たりの平行度Pが5μm以下である樹脂基材を有する導光板。
  2.  JIS K7209:2000に準拠して測定される吸湿による寸法変化率が1.0%以下である、請求項1に記載の導光板。
  3.  JIS K6718-1付属書Aに準拠して測定される熱収縮率が3%以下である、請求項1または2に記載の導光板。
  4.  前記樹脂基材の厚みが0.05~2mmである、 請求項1~3のいずれか一項に記載の導光板。
  5.  前記樹脂基材の表面の算術平均粗さRaが10nm以下である、請求項1~4のいずれか一項に記載の導光板。
  6.  前記樹脂基材の屈折率が1.48以上である、請求項1~5のいずれか一項に記載の導光板。
  7.  前記樹脂基材が、ポリ(メタ)アクリル樹脂、エポキシ樹脂、環状ポリオレフィン及びポリカーボネートからなる群から選択される少なくとも1種の樹脂を含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の導光板。
  8.  前記樹脂基材の少なくとも一方の表面にバリア層又はハードコート層を有する、請求項1~7のいずれか一項に記載の導光板。
  9.  請求項1~7のいずれか一項に記載の導光板を有する、AR画像表示用導光板。
  10.  請求項1~8のいずれか一項に記載の導光板のAR画像表示への使用。
  11.  請求項1~8のいずれか一項に記載の導光板を備えたARディスプレイ。
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