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JP6660008B2 - Display device - Google Patents

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JP6660008B2
JP6660008B2 JP2016023473A JP2016023473A JP6660008B2 JP 6660008 B2 JP6660008 B2 JP 6660008B2 JP 2016023473 A JP2016023473 A JP 2016023473A JP 2016023473 A JP2016023473 A JP 2016023473A JP 6660008 B2 JP6660008 B2 JP 6660008B2
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博 関口
後藤 正浩
正浩 後藤
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Description

本発明は、導光板を備えた表示装置に関する。   The present invention relates to a display device having a light guide plate.

従来、LCD(Liquid Crystal Display)等の映像源で表示された映像光を、光学系を介して観察者に観察させる頭部装着型の表示装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
この頭部装着型の表示装置は、映像源で表示された映像光を、導光板によって観察者の眼に対応する位置まで導光して、観察者側へ反射させている。これにより、観察者は、導光板の端部(眼に対応する位置)において、映像光により形成された映像を観察することができる。
上述した頭部装着型の表示装置においては、表示される映像の画質をより向上させることが求められている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a head-mounted display device that allows an observer to observe image light displayed by an image source such as an LCD (Liquid Crystal Display) through an optical system has been proposed (for example, see Patent Document 1). .
This head-mounted display device guides image light displayed by an image source to a position corresponding to an observer's eye by a light guide plate and reflects the light toward the observer. Thereby, the observer can observe the image formed by the image light at the end of the light guide plate (the position corresponding to the eye).
In the head-mounted display device described above, it is required to further improve the image quality of the displayed image.

特表2011−509417号公報JP 2011-509417 A

本発明の課題は、表示される映像の画質をより向上させた表示装置を提供することである。   It is an object of the present invention to provide a display device in which the quality of a displayed video is further improved.

本発明は、以下のような解決手段により前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されない。
・第1の発明は、映像光を投射する映像源(10)と、映像光を導光方向に全反射する第1全反射面(121)が形成された第1導光層(201)、前記第1全反射面と対向する位置に設けられ、映像光を導光方向に全反射する第2全反射面(122)及び前記映像源から投射された映像光を前記第1全反射面に入射させる入射面(120)が形成された第2導光層(202)を有する導光板(20)とを備えた表示装置(1)であって、前記映像源は、投射した映像光が前記第1全反射面の垂線に対して臨界角以上の角度θ1で入射するように配置され、前記入射面の前記第1全反射面に対する傾斜角度θ2は、(90°−θ1)未満であり、前記第1導光層の層厚をth1、前記第2導光層の層厚をth2、前記第1全反射面の垂線方向における前記入射面の幅をWとした場合に、W>tanθ1×(2×th1+th2)を満たすことを特徴とする表示装置である。
・第2の発明は、第1の発明の表示装置(1)において、前記導光板(20)は、第1傾斜面(30a)及び第2傾斜面(30b)を有する単位光学形状部(30)が複数配列された第1光学形状層(22)と、前記第1光学形状層の前記単位光学形状部が設けられた側の面に積層される第2光学形状層(23)と、前記第1傾斜面の少なくとも一部に形成され、入射した光の一部を反射し、その他を透過する反射層(25)と、を備えることを特徴とする表示装置である。
The present invention solves the above problem by the following means. In addition, in order to make it easy to understand, description is given with reference numerals corresponding to the embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to this.
The first invention is an image source (10) that projects image light, and a first light guide layer (201) on which a first total reflection surface (121) that totally reflects image light in a light guide direction is formed. A second total reflection surface (122) that is provided at a position facing the first total reflection surface and totally reflects image light in the light guide direction, and an image light projected from the image source is applied to the first total reflection surface. A light guide plate (20) having a second light guide layer (202) on which an incident surface (120) to be made incident is formed, wherein the image source emits the image light. The incident surface is arranged to be incident at an angle θ1 that is equal to or greater than the critical angle with respect to the perpendicular to the first total reflection surface, and the inclination angle θ2 of the incident surface with respect to the first total reflection surface is less than (90 ° −θ1) The thickness of the first light guide layer is th1, the thickness of the second light guide layer is th2, and the thickness is in a direction perpendicular to the first total reflection surface. The kick width of the incident surface when is W, a display device characterized by satisfying W> tanθ1 × (2 × th1 + th2).
According to a second aspect, in the display device (1) according to the first aspect, the light guide plate (20) has a unit optical shape portion (30) having a first inclined surface (30a) and a second inclined surface (30b). ), A second optical shape layer (23) having a plurality of layers arranged thereon, a second optical shape layer (23) laminated on a surface of the first optical shape layer on which the unit optical shape portion is provided, and A display device, comprising: a reflective layer (25) formed on at least a part of the first inclined surface and reflecting a part of incident light and transmitting the other.

本発明によれば、表示される映像の画質をより向上させた表示装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a display device in which the quality of a displayed image is further improved.

実施形態の頭部装着型の表示装置1を説明する図である。It is a figure explaining head-mounted type display device 1 of an embodiment. 実施形態の導光板20の詳細を説明する図である。It is a figure explaining the detail of light guide plate 20 of an embodiment. 実施形態の導光板20の製造方法を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method of light guide plate 20 of an embodiment. 実施形態の導光板20の製造方法を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method of light guide plate 20 of an embodiment. 比較例及び実施形態の導光板における映像光の光路を説明する図である。It is a figure explaining an optical path of image light in a light guide plate of a comparative example and an embodiment.

以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、図1を含め、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするため、適宜に誇張している。例えば、図1に示す導光板20と図5(b)に示す導光板20は実質的に同じであるが、同じ部分の角度を異なる角度で図示している。
本明細書中に記載する各部材の寸法等の数値及び材料名等は、実施形態としての一例であり、これに限定されるものではなく、適宜に選択して使用してよい。
本明細書中において、形状や幾何学的条件を特定する用語、例えば、平行や直交等の用語については、厳密に意味するところに加え、同様の光学的機能を奏し、平行や直交と見なせる程度の誤差を有する状態も含むものとする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings and the like. In addition, each figure shown below including FIG. 1 is a figure which showed typically, and the magnitude | size and shape of each part are exaggerated suitably for easy understanding. For example, the light guide plate 20 shown in FIG. 1 and the light guide plate 20 shown in FIG. 5B are substantially the same, but the angles of the same portions are shown at different angles.
Numerical values such as dimensions of each member and material names and the like described in this specification are merely examples of the embodiment, and are not limited thereto, and may be appropriately selected and used.
In the present specification, terms that specify shapes and geometric conditions, for example, terms such as parallel and orthogonal are not only strictly meaningful, but also have a similar optical function and can be regarded as parallel or orthogonal. It also includes a state having an error of

図1は、本実施形態の頭部装着型の表示装置1を説明する図である。図1は、使用状態の表示装置1を鉛直方向の上方から見た図である。
なお、以下の説明においては、理解を容易にするために、観察者が頭部に表示装置1を装着した状態における鉛直方向をZ方向とし、水平方向をX方向及びY方向とする。また、この水平方向のうち、導光板20に入光した映像光の導光方向(導光板20の左右方向)をX方向とし、それに直交する方向(導光板20の厚み方向)をY方向とする。また、Y方向のうち、−Y側を観察者側とし、+Y側を背面側とする。
FIG. 1 is a diagram illustrating a head-mounted display device 1 according to the present embodiment. FIG. 1 is a diagram of the display device 1 in use as viewed from above in a vertical direction.
In the following description, in order to facilitate understanding, the vertical direction when the observer wears the display device 1 on the head is defined as the Z direction, and the horizontal direction is defined as the X direction and the Y direction. In this horizontal direction, the light guide direction of the image light entering the light guide plate 20 (the left-right direction of the light guide plate 20) is defined as the X direction, and the direction perpendicular to the direction (the thickness direction of the light guide plate 20) is defined as the Y direction. I do. In the Y direction, the −Y side is the observer side, and the + Y side is the back side.

表示装置1は、観察者が頭部に装着し、観察者の眼前に映像を表示する、いわゆるヘッドマウントディスプレイである。本実施形態の表示装置1は、例えば、メガネフレーム(不図示)の内側に配置される。
表示装置1は、映像源10と、導光板20と、を備える。表示装置1は、観察者がメガネフレームを頭部に装着することによって、映像源10に表示された映像を、導光板20を介して観察者に視認させることができる。具体的には、表示装置1は、映像源10で形成された映像光を導光板20へ入光させ、導光板20内において+X方向に導光する。そして、表示装置1は、導光方向に直交する−Y方向に反射して、表示装置1を頭部に装着した観察者の眼Eの前に映像を表示する。
また、表示装置1は、導光板20に入光した外界から光の一部を観察者側に透過させて、映像と外界の光とを重ねて見せる、いわゆるシースルー機能を備えている。
The display device 1 is a so-called head-mounted display that the observer wears on the head and displays an image in front of the observer's eyes. The display device 1 of the present embodiment is disposed inside, for example, an eyeglass frame (not shown).
The display device 1 includes an image source 10 and a light guide plate 20. The display device 1 allows the observer to visually recognize the image displayed on the image source 10 via the light guide plate 20 when the observer wears the glasses frame on the head. Specifically, the display device 1 causes the image light formed by the image source 10 to enter the light guide plate 20 and guides the image light in the + X direction in the light guide plate 20. Then, the display device 1 reflects an image in the −Y direction orthogonal to the light guide direction, and displays an image in front of the eyes E of the observer who has the display device 1 mounted on the head.
In addition, the display device 1 has a so-called see-through function in which a part of the light from the outside that has entered the light guide plate 20 is transmitted to the observer side, and the image and the outside light are superimposed and viewed.

映像源10は、ディスプレイ11と、投射光学系12と、を備える。
ディスプレイ11は、映像光を表示するマイクロディスプレイであり、例えば、透過型の液晶表示デバイス、反射型の液晶表示デバイス、有機EL等が使用される。具体的には、ディスプレイ11として、例えば、対角が1インチ以下のマイクロディスプレイが使用される。
投射光学系12は、映像源10から出射された映像光を導光板20に向けて投射する複数のレンズ群から構成される光学系である。図1では、投射光学系12を構成する複数のレンズ群を1枚のレンズとして模式的に図示している。
The image source 10 includes a display 11 and a projection optical system 12.
The display 11 is a microdisplay that displays image light, and for example, a transmission type liquid crystal display device, a reflection type liquid crystal display device, an organic EL, or the like is used. Specifically, for example, a microdisplay having a diagonal of 1 inch or less is used as the display 11.
The projection optical system 12 is an optical system including a plurality of lens groups that project image light emitted from the image source 10 toward the light guide plate 20. In FIG. 1, a plurality of lens groups constituting the projection optical system 12 are schematically illustrated as one lens.

映像源10は、投射した映像光Lが第1全反射面121(後述)の垂線PHに対して臨界角以上の角度θ1で入射するように配置されている。ここで、第1全反射面121の垂線に対して臨界角以上となる角度θ1とは、第1全反射面121に入射した映像光Lが導光方向(X方向)に全反射する角度である。図1に示すように、映像源10から投射された映像光Lは、入射面120(後述)と空気との境界面で屈折した入射角において、第1全反射面121の垂線PHに対して臨界角以上の角度θ1となる。
なお、図1では、映像源10から入光する映像光Lを1本の光線として図示しているが、映像光Lは、縦横に所定の大きさを有する画像として投射される。また、以下の説明においては、映像光L1、L2(後述)を総称して映像光Lともいう。
The image source 10 is arranged such that the projected image light L is incident on a perpendicular PH of a first total reflection surface 121 (described later) at an angle θ1 equal to or larger than the critical angle. Here, the angle θ1 that is equal to or larger than the critical angle with respect to the perpendicular to the first total reflection surface 121 is an angle at which the image light L incident on the first total reflection surface 121 is totally reflected in the light guide direction (X direction). is there. As shown in FIG. 1, the image light L projected from the image source 10 is incident on a perpendicular line PH of the first total reflection surface 121 at an incident angle refracted at a boundary surface between an incident surface 120 (described later) and air. The angle θ1 is equal to or larger than the critical angle.
Although FIG. 1 illustrates the image light L entering from the image source 10 as one light beam, the image light L is projected as an image having a predetermined size in the vertical and horizontal directions. In the following description, the image lights L1 and L2 (described later) are also collectively referred to as image light L.

導光板20は、光を導光する略平板状の透明な光学部材である。本実施形態の導光板20は、鉛直方向(Z方向)から見た形状が略台形形状に形成されている。導光板20は、第1導光層201と、第2導光層202と、を備える。第1導光層201は、第1全反射面121が形成された層である。第2導光層202は、入射面120及び第2全反射面122が形成された層である。以下、入射面120、第1全反射面121、第2全反射面122の順に説明する。   The light guide plate 20 is a substantially flat transparent optical member that guides light. The light guide plate 20 of the present embodiment has a substantially trapezoidal shape when viewed from the vertical direction (Z direction). The light guide plate 20 includes a first light guide layer 201 and a second light guide layer 202. The first light guide layer 201 is a layer on which the first total reflection surface 121 is formed. The second light guide layer 202 is a layer on which the incident surface 120 and the second total reflection surface 122 are formed. Hereinafter, the incident surface 120, the first total reflection surface 121, and the second total reflection surface 122 will be described in this order.

入射面120は、映像光Lを第1全反射面121側に入射させる面である。入射面120は、導光板20の−X側の端部において、第1全反射面121に対して角度θ2で傾斜している。角度θ2は、上述した映像光Lが第1全反射面121の垂線PHに対して臨界角以上となる角度θ1において、(90°−θ1)未満となるように設定される。また、入射面120は、第1導光層201の層厚をth1、第2導光層202の層厚をth2、第1全反射面121の垂線PH方向における入射面120の幅をW(後述のW2)とした場合に、W>tanθ1×(2×th1+th2)を満たすように設定される。入射面120の角度θ2及び幅Wを上記のように設定した場合の作用については、後述する。   The incident surface 120 is a surface on which the image light L is incident on the first total reflection surface 121 side. The incident surface 120 is inclined at an angle θ2 with respect to the first total reflection surface 121 at the end on the −X side of the light guide plate 20. The angle θ2 is set so as to be less than (90 ° −θ1) at the angle θ1 at which the image light L is equal to or greater than the critical angle with respect to the perpendicular PH of the first total reflection surface 121. The incident surface 120 has a thickness of the first light guide layer 201 of th1, a thickness of the second light guide layer 202 of th2, and a width of the incident surface 120 in the direction perpendicular to the first total reflection surface 121 of W (W). When W2) described later is set, W is set so as to satisfy W> tan θ1 × (2 × th1 + th2). The operation when the angle θ2 and the width W of the incident surface 120 are set as described above will be described later.

第1全反射面121は、導光板20を形成する面のうちXZ平面に平行であって、背面側(+Y側)に位置する面である。第1全反射面121は、入射面120から入射した映像光Lを第2全反射面122側に向けて全反射させる。
第2全反射面122は、導光板20を形成する面のうち、XZ平面に平行であって、観察者側(−Y側)に位置する面である。第2全反射面122と第1全反射面121は、導光板20の厚み方向(Y方向)において平行に形成されている。第2全反射面122は、第1全反射面121において全反射した映像光Lを、第1全反射面121側に向けて全反射させる。また、第2全反射面122は、+X側の端部が、単位光学形状部30及び出光側単位光学形状部31(後述)において反射した映像光Lを導光板20外へ出光する出光面となる。
The first total reflection surface 121 is a surface parallel to the XZ plane and located on the back side (+ Y side) among the surfaces forming the light guide plate 20. The first total reflection surface 121 totally reflects the image light L incident from the incident surface 120 toward the second total reflection surface 122.
The second total reflection surface 122 is a surface that is parallel to the XZ plane and located on the observer side (−Y side) among the surfaces forming the light guide plate 20. The second total reflection surface 122 and the first total reflection surface 121 are formed in parallel in the thickness direction (Y direction) of the light guide plate 20. The second total reflection surface 122 totally reflects the image light L totally reflected on the first total reflection surface 121 toward the first total reflection surface 121. The second total reflection surface 122 has an end on the + X side and a light-emitting surface for outputting the image light L reflected by the unit optical shape unit 30 and the light-emitting side unit optical shape unit 31 (described later) to the outside of the light guide plate 20. Become.

上記構成において、映像源10から投射され、入射面120に入光した映像光Lは、第1全反射面121で全反射する角度θ1で導光される。第1全反射面121及び第2全反射面122は、導光板20の厚み方向(Y方向)において平行であるため、映像光Lは、第1全反射面121及び第2全反射面122の間で全反射を繰り返しながら、導光板20内の+X方向(導光方向)に導光される。なお、導光板20に入光した映像光Lの光路については、後述する。   In the above configuration, the image light L projected from the image source 10 and incident on the incident surface 120 is guided at an angle θ <b> 1 that is totally reflected by the first total reflection surface 121. Since the first total reflection surface 121 and the second total reflection surface 122 are parallel in the thickness direction (Y direction) of the light guide plate 20, the image light L passes through the first total reflection surface 121 and the second total reflection surface 122. The light is guided in the + X direction (light guide direction) in the light guide plate 20 while repeating total reflection between them. The optical path of the image light L having entered the light guide plate 20 will be described later.

次に、導光板20の層構成について説明する。
図2は、本実施形態の導光板20の詳細を説明する図である。図2は、図1のa部の詳細を示している。
図2に示すように、導光板20は、観察者側(−Y側)から順に、基材部26、接合層24、第2光学形状層23、第1光学形状層22及び基材部21が積層されている。
Next, the layer configuration of the light guide plate 20 will be described.
FIG. 2 is a diagram illustrating details of the light guide plate 20 of the present embodiment. FIG. 2 shows details of the part a in FIG.
As shown in FIG. 2, the light guide plate 20 includes a base member 26, a bonding layer 24, a second optical shape layer 23, a first optical shape layer 22, and a base member 21 in order from the observer side (−Y side). Are laminated.

基材部21及び基材部26は、導光板20の基礎となる平板状の部材であり、例えば、光透過性の高いアクリル樹脂、スチレン樹脂、アクリルスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、脂環式ポリオレフィン樹脂等から形成されている。
基材部21は、導光板20の最も背面側に設けられた層であり、その背面側(+Y側)の面が第1全反射面121となる。基材部21は、第1光学形状層22の基礎となる基材であり、その厚みs1は、後述する単位光学形状部30の深さd1及びd2に合わせて、10μm≦s1≦100μmの範囲で形成されることが望ましい。基材部21の背面側の面は、入射する光の拡散を抑制する観点から平滑(例えば、60度の光沢度で90以上)に形成されるのが望ましい。
The base member 21 and the base member 26 are flat members serving as a basis of the light guide plate 20, and include, for example, acrylic resin, styrene resin, acrylic styrene resin, polycarbonate resin, and alicyclic polyolefin resin having high light transmittance. And so on.
The base portion 21 is a layer provided on the rearmost side of the light guide plate 20, and the surface on the rear side (+ Y side) is the first total reflection surface 121. The base member 21 is a base member serving as a basis of the first optical shape layer 22, and its thickness s1 is in a range of 10 μm ≦ s1 ≦ 100 μm in accordance with depths d1 and d2 of the unit optical shape portion 30 described later. It is desirable to be formed with. The rear surface of the base member 21 is desirably formed to be smooth (for example, 90 or more at a gloss of 60 degrees) from the viewpoint of suppressing diffusion of incident light.

基材部26は、導光板20の最も観察者側に設けられた層であり、その観察者側(−Y側)の面が、第2全反射面122となる。基材部26は、第2光学形状層23の背面側に接合層24を介して接合される。基材部26は、導光板20の全体の厚みを調整するとともに、導光板20に所定の剛性を持たせる基材である。また、基材部26の−X側の端部には、入射面120(図1参照)が形成される。   The base member 26 is a layer provided closest to the observer of the light guide plate 20, and the surface on the observer side (−Y side) becomes the second total reflection surface 122. The base member 26 is bonded to the back side of the second optical shape layer 23 via the bonding layer 24. The base member 26 is a base member that adjusts the overall thickness of the light guide plate 20 and gives the light guide plate 20 a predetermined rigidity. In addition, an incident surface 120 (see FIG. 1) is formed at an end on the −X side of the base 26.

基材部26の厚みs2は、2mm≦s2≦3mmの範囲で形成されることが好ましい。厚みs2が2mm未満である場合、導光板20の剛性が低下したり、導光板20の出光面に表示される画面が小さくなりすぎたりするため望ましくない。また、厚みs2が3mmを超える場合、導光板20の重量が増し、表示装置1を装着する観察者の負荷となるため望ましくない。
基材部26の観察者側の面は、光の拡散を抑制する観点から平滑(例えば、60度の光沢度で90以上)に形成されるのが望ましい。
It is preferable that the thickness s2 of the base member 26 be formed in the range of 2 mm ≦ s2 ≦ 3 mm. If the thickness s2 is less than 2 mm, the rigidity of the light guide plate 20 is reduced, and the screen displayed on the light exit surface of the light guide plate 20 is too small, which is not desirable. Further, when the thickness s2 exceeds 3 mm, the weight of the light guide plate 20 increases, which is not desirable because it becomes a load on an observer wearing the display device 1.
The surface of the base member 26 on the viewer side is desirably formed smooth (for example, 90 or more with a gloss of 60 degrees) from the viewpoint of suppressing light diffusion.

第1光学形状層22は、基材部21の観察者側(−Y側)の面に設けられる層である。第1光学形状層22としては、光透過性の高いウレタンアクリレート系、ポリエステルアクリレート系、エポキシアクリレート系、ポリエーテルアクリレート系、ポリチオール系、ブタジエンアクリレート系等の紫外線硬化樹脂が用いられる。第1光学形状層22の屈折率は、上述の基材部21、基材部26と同等の屈折率であることが望ましい。なお、本実施形態では、導光板20を形成する樹脂として、紫外線硬化樹脂を例に挙げて説明するが、これに限定されない。導光板20を形成する樹脂は、例えば、電子線硬化樹脂であってもよい。   The first optical shape layer 22 is a layer provided on the observer side (−Y side) of the base 21. As the first optical shape layer 22, an ultraviolet curable resin such as urethane acrylate, polyester acrylate, epoxy acrylate, polyether acrylate, polythiol, or butadiene acrylate having high light transmittance is used. The refractive index of the first optical shape layer 22 is desirably the same as the refractive index of the base member 21 and the base member 26 described above. In the present embodiment, an ultraviolet curable resin is described as an example of the resin forming the light guide plate 20, but the resin is not limited to this. The resin forming the light guide plate 20 may be, for example, an electron beam curing resin.

第1光学形状層22は、図1及び図2に示すように、その観察者側(−Y側)の面であって、+X側の端部近傍に、単位光学形状部30が複数設けられている。
単位光学形状部30は、鉛直方向(Z方向)に延在し、映像光Lの導光方向(X方向)に沿って複数配列されている。また、単位光学形状部30は、映像光Lが出光する方向(導光板20の厚み方向、Y方向)に平行、且つ、単位光学形状部30の配列方向(X方向)に平行な断面(XY面)における形状が三角形状(プリズム形状)に形成されている。単位光学形状部30は、第1傾斜面30aと、第2傾斜面30bと、から構成される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the first optical shape layer 22 is provided with a plurality of unit optical shape portions 30 on the observer side (−Y side) and near the end on the + X side. ing.
The unit optical shape portions 30 extend in the vertical direction (Z direction), and are arranged in a plurality in the light guide direction of the image light L (X direction). The unit optical shape part 30 is parallel to the direction in which the image light L is emitted (the thickness direction of the light guide plate 20, the Y direction), and is parallel to the arrangement direction (X direction) of the unit optical shape parts 30 (XY direction). Surface) is formed in a triangular shape (prism shape). The unit optical shape part 30 includes a first inclined surface 30a and a second inclined surface 30b.

第1傾斜面30aは、第2全反射面122で全反射した映像光Lが直接入射する面である。第1傾斜面30aは、出光面(第2全反射面122、第2光学形状層23の観察者側の面)に対して傾斜しており、その+X側の端部が、−X側の端部よりも観察者(出光)側(−Y側)に位置している。
また、第1傾斜面30a上の全面、即ち、第1傾斜面30a及び第3傾斜面31a(後述)間の全体には、反射層25が形成されている。
The first inclined surface 30a is a surface on which the image light L totally reflected by the second total reflection surface 122 is directly incident. The first inclined surface 30a is inclined with respect to the light exit surface (the second total reflection surface 122, the surface of the second optical shape layer 23 on the observer side), and the + X side end thereof is on the −X side. It is located closer to the observer (light emission) side (−Y side) than the end.
Further, the reflection layer 25 is formed on the entire surface on the first inclined surface 30a, that is, on the entire area between the first inclined surface 30a and the third inclined surface 31a (described later).

第2傾斜面30bは、第2全反射面122で全反射した映像光Lが直接入射しない面である。第2傾斜面30bは、第1傾斜面30aよりも映像光Lの進行する側(+X側)に、第1傾斜面30aと対向して設けられている。第2傾斜面30bは、出光面(第2全反射面122、第2光学形状層23の観察者側の面)に対して傾斜しており、その+X側の端部が、−X側の端部よりも背面側(+Y側)に位置している。   The second inclined surface 30b is a surface on which the image light L totally reflected by the second total reflection surface 122 does not directly enter. The second inclined surface 30b is provided on the side (+ X side) where the image light L travels more than the first inclined surface 30a, facing the first inclined surface 30a. The second inclined surface 30b is inclined with respect to the light exit surface (the second total reflection surface 122, the surface of the second optical shape layer 23 on the observer side), and the + X side end thereof is on the −X side. It is located on the back side (+ Y side) from the end.

第2光学形状層23は、第1光学形状層22の単位光学形状部30側(観察者側)の面に設けられた層である。第2光学形状層23は、第1光学形状層22の観察者側(−Y側)の面を平坦にするために設けられている。第2光学形状層23としては、先に説明した第1光学形状層22と同じ紫外線硬化樹脂が用いられる。第2光学形状層23の屈折率は、第1光学形状層22と同等であることが望ましい。   The second optical shape layer 23 is a layer provided on the surface of the first optical shape layer 22 on the unit optical shape portion 30 side (observer side). The second optical shape layer 23 is provided to flatten the surface of the first optical shape layer 22 on the observer side (−Y side). As the second optical shape layer 23, the same ultraviolet curable resin as the first optical shape layer 22 described above is used. It is desirable that the refractive index of the second optical shape layer 23 is equal to that of the first optical shape layer 22.

第2光学形状層23の観察者側の面は、接合層24を介して基材部26に接合される面である。また、この面は、第2光学形状層23から基材部26へ通過する光の出光面となる。第2光学形状層23の出光面は、導光板20の第2全反射面122(出光面、XZ平面)と平行である。
第2光学形状層23は、第1光学形状層22と対向する面(背面、+Y側の面)に上述の単位光学形状部30と対応する形状の出光側単位光学形状部31が形成されている。
The observer-side surface of the second optical shape layer 23 is a surface that is bonded to the base 26 via the bonding layer 24. In addition, this surface is a light emission surface for light passing from the second optical shape layer 23 to the base member 26. The light exit surface of the second optical shape layer 23 is parallel to the second total reflection surface 122 (light exit surface, XZ plane) of the light guide plate 20.
The second optical shape layer 23 has a light emitting side unit optical shape portion 31 having a shape corresponding to the above-described unit optical shape portion 30 formed on a surface (back surface, + Y side surface) facing the first optical shape layer 22. I have.

出光側単位光学形状部31は、鉛直方向(Z方向)に延在し、映像光Lの導光方向(X方向)に沿って複数配列されている。出光側単位光学形状部31は、映像光Lが出光する方向(導光板20の厚み方向、Y方向)に平行、且つ、出光側単位光学形状部31の配列方向(X方向)に平行な断面(XY面)における形状が三角形状(プリズム形状)に形成されている。出光側単位光学形状部31は、第3傾斜面31aと、第4傾斜面31bと、から構成される。
本実施形態において、出光側単位光学形状部31及び単位光学形状部30は、上記断面において、同様の形状に形成されている。
The light-emitting-side unit optical shape portions 31 extend in the vertical direction (Z direction), and are arranged in a plurality along the light guide direction of the image light L (X direction). The light emitting side unit optical shape part 31 is a cross section parallel to the direction in which the image light L is emitted (the thickness direction of the light guide plate 20, the Y direction) and parallel to the arrangement direction (X direction) of the light emitting side unit optical shape part 31. The shape in the (XY plane) is formed in a triangular shape (prism shape). The light-emitting-side unit optical shape portion 31 includes a third inclined surface 31a and a fourth inclined surface 31b.
In the present embodiment, the light-emitting-side unit optical shape portions 31 and the unit optical shape portions 30 are formed in the same shape in the cross section.

第3傾斜面31aは、第2全反射面122で全反射した映像光Lが直接入射する面である。第3傾斜面31aは、出光面(第2全反射面122、第2光学形状層23の観察者側の面)に対して傾斜しており、その+X側の端部が、−X側の端部よりも観察者(出光)側(−Y側)に位置している。第3傾斜面31aは、単位光学形状部30の第1傾斜面30aに対向しており、その第1傾斜面30aと平行な面である。上述したように、第3傾斜面31a及び第1傾斜面30a間には、反射層25が設けられている。   The third inclined surface 31a is a surface on which the image light L totally reflected by the second total reflection surface 122 is directly incident. The third inclined surface 31a is inclined with respect to the light exit surface (the second total reflection surface 122, the surface of the second optical shape layer 23 on the observer side), and the + X side end thereof is on the −X side. It is located closer to the observer (light emission) side (−Y side) than the end. The third inclined surface 31a is opposed to the first inclined surface 30a of the unit optical shape portion 30, and is a surface parallel to the first inclined surface 30a. As described above, the reflection layer 25 is provided between the third inclined surface 31a and the first inclined surface 30a.

第4傾斜面31bは、第2全反射面122で全反射した映像光Lが直接入射しない面である。第4傾斜面31bは、第3傾斜面31aよりも映像源側(−X側)に、第3傾斜面と対向して設けられている。第4傾斜面31bは、出光面(第2全反射面122、第2光学形状層23の観察者側の面)に対して傾斜しており、その+X側の端部が、−X側の端部よりも背面側(+Y側)に位置している。第4傾斜面31bは、単位光学形状部30の第2傾斜面30bに対向しており、第2傾斜面30bと平行な面である。第4傾斜面31bは、上述した第2傾斜面30bに密着している。   The fourth inclined surface 31b is a surface on which the image light L totally reflected by the second total reflection surface 122 does not directly enter. The fourth inclined surface 31b is provided on the image source side (−X side) with respect to the third inclined surface 31a, facing the third inclined surface. The fourth inclined surface 31b is inclined with respect to the light exit surface (the second total reflection surface 122, the surface of the second optical shape layer 23 on the observer side), and the + X side end thereof is on the −X side. It is located on the back side (+ Y side) from the end. The fourth inclined surface 31b is opposed to the second inclined surface 30b of the unit optical shape portion 30, and is a surface parallel to the second inclined surface 30b. The fourth inclined surface 31b is in close contact with the above-described second inclined surface 30b.

ここで、第1傾斜面30a及び第3傾斜面31aが、第1全反射面121(出光面)に平行な面(XZ平面)と交差する角度は、αである。第2傾斜面30b及び第4傾斜面31bが、第2全反射面122(出光面)に平行な面(XZ平面)と交差する角度は、βである。単位光学形状部30及び出光側単位光学形状部31の配列ピッチは、Pである。単位光学形状部30の高さ(導光板20の厚み方向(Y方向)における単位光学形状部30の頂部t1から単位光学形状部30間の谷部v1までの寸法)は、h1である。出光側単位光学形状部31の高さ(導光板20の厚み方向(Y方向)における出光側単位光学形状部31の頂部t2から出光側単位光学形状部31間の谷部v2までの寸法)は、h2である。本実施形態において、h1=h2である。   Here, the angle at which the first inclined surface 30a and the third inclined surface 31a intersect with a plane (XZ plane) parallel to the first total reflection surface 121 (light emitting surface) is α. The angle at which the second inclined surface 30b and the fourth inclined surface 31b intersect with a plane (XZ plane) parallel to the second total reflection surface 122 (light emitting surface) is β. The arrangement pitch of the unit optical shape portions 30 and the light emitting side unit optical shape portions 31 is P. The height of the unit optical shape portion 30 (the dimension from the top t1 of the unit optical shape portion 30 to the valley v1 between the unit optical shape portions 30 in the thickness direction (Y direction) of the light guide plate 20) is h1. The height of the light emitting side unit optical shape portion 31 (the dimension from the top t2 of the light emitting side unit optical shape portion 31 to the valley v2 between the light emitting side unit optical shape portions 31 in the thickness direction (Y direction) of the light guide plate 20) is , H2. In the present embodiment, h1 = h2.

なお、本実施形態では、配列ピッチPが第1傾斜面30a及び第3傾斜面31aの配列方向(X方向)における幅寸法と同等である例について説明するが、これに限らず、各傾斜面の幅寸法よりも大きくなるようにしてもよい。   In the present embodiment, an example in which the arrangement pitch P is equal to the width dimension of the first inclined surface 30a and the third inclined surface 31a in the arrangement direction (X direction) will be described. May be made larger than the width dimension.

本実施形態の単位光学形状部30及び出光側単位光学形状部31は、配列ピッチP等が一定で、角度αが映像光Lの進行する側(+X側)へ向かうにつれて次第に大きくなり、また、それに伴い高さh1、h2も大きくなる例について説明するが、これに限定されない。例えば、配列ピッチP、角度α、角度β、高さh1、h2が一定に形成されるようにしてもよい。   In the unit optical shape unit 30 and the light-emitting side unit optical shape unit 31 of the present embodiment, the arrangement pitch P and the like are constant, and the angle α gradually increases toward the traveling side (+ X side) of the image light L, and An example in which the heights h1 and h2 increase accordingly will be described, but the invention is not limited to this. For example, the arrangement pitch P, the angle α, the angle β, and the heights h1 and h2 may be formed to be constant.

接合層24は、基材部26及び第2光学形状層23を接合する粘着剤である。接合層24は、基材部26及び第2光学形状層23間を透過する映像光Lが屈折しないような材料であることが好ましい。そのため、上述した層と同等の屈折率を有する材料、例えば、光透過性の高いウレタンアクリレート樹脂、エポキシアクリレート樹脂、アクリル系粘着剤、シリコン系粘着剤等により形成されている。   The bonding layer 24 is an adhesive that bonds the base member 26 and the second optical shape layer 23. The bonding layer 24 is preferably made of a material such that the image light L transmitted between the base 26 and the second optical shape layer 23 is not refracted. Therefore, it is formed of a material having a refractive index equivalent to that of the above-described layer, for example, a urethane acrylate resin, an epoxy acrylate resin, an acrylic adhesive, a silicon adhesive, or the like having high light transmittance.

反射層25は、入射した光の一部を反射し、その他を透過する半透過型の反射層、いわゆるハーフミラーである。反射層25の反射率と透過率の割合は、適宜に設定できるが、映像光Lを良好に反射させるとともに、外界の光を良好に透過させる観点から、透過率が40〜60%の範囲であることが望ましい。本実施形態の反射層25は、反射率及び透過率がともに50%のハーフミラー状に形成されている。   The reflective layer 25 is a semi-transmissive reflective layer that reflects a part of the incident light and transmits the other, that is, a so-called half mirror. The ratio between the reflectance and the transmittance of the reflective layer 25 can be set as appropriate. From the viewpoint of good reflection of the image light L and good transmission of external light, the transmittance is in the range of 40 to 60%. Desirably. The reflection layer 25 of the present embodiment is formed in a half mirror shape having a reflectance and a transmittance of 50%.

反射層25は、第1傾斜面30aの面上、即ち第1傾斜面30a及び第3傾斜面31a間に光反射性の高い金属、例えば、アルミニウム、銀、ニッケル等により形成されている。本実施形態において、反射層25は、アルミニウムを蒸着することにより形成されている。また、これに限らず反射層25は、光反射性の高い金属をスパッタリングしたり、金属箔を転写したり、金属薄膜を含有した塗料を塗布したりする等により形成されてもよい。また、反射層25として、酸化チタン、酸化シリコン、ニオブ、タンタル、フッ化マグネシウム等を複数積層した誘電体多層膜を形成してもよい。誘電体多層膜は、屈折率の高い誘電体膜と屈折率の低い誘電体膜とを交互に積層した膜である。
本実施形態の反射層25は、アルミニウムの蒸着によって約100Åの厚みに形成されているが、光の反射率及び透過率を上述の好ましい範囲に設定できれば、その材料等に応じて厚さを自由に設定できる。
The reflection layer 25 is formed on the surface of the first inclined surface 30a, that is, between the first inclined surface 30a and the third inclined surface 31a, with a metal having high light reflectivity, for example, aluminum, silver, nickel, or the like. In the present embodiment, the reflection layer 25 is formed by evaporating aluminum. The reflective layer 25 is not limited thereto, and may be formed by sputtering a metal having high light reflectivity, transferring a metal foil, applying a paint containing a metal thin film, or the like. Further, as the reflective layer 25, a dielectric multilayer film in which a plurality of titanium oxide, silicon oxide, niobium, tantalum, magnesium fluoride, and the like are stacked may be formed. The dielectric multilayer film is a film in which dielectric films having a high refractive index and dielectric films having a low refractive index are alternately laminated.
The reflection layer 25 of the present embodiment is formed to a thickness of about 100 ° by vapor deposition of aluminum. However, if the reflectance and the transmittance of light can be set in the preferable ranges described above, the thickness can be freely set according to the material and the like. Can be set to

ここで、単位光学形状部30及び出光側単位光学形状部31において、映像光Lを効率良く反射して導光板20から出光させるためのパラメータについて例示する。
単位光学形状部30において、第1傾斜面30a及び第3傾斜面31aの角度αは、25°≦α≦40°の範囲に形成されることが望ましい。
出光側単位光学形状部31において、第2傾斜面30b及び第4傾斜面31bの角度βは、80°≦β≦90°の範囲に形成されることが望ましい。
単位光学形状部30の高さh1及び出光側単位光学形状部31の高さh2は、それぞれ、20μm≦h1≦700μm、20μm≦h2≦700μmの範囲に形成することが望ましい。
単位光学形状部30の配列ピッチPは、50μm≦P≦1000μmの範囲で形成することが望ましい。
Here, parameters for efficiently reflecting the image light L and outputting the light from the light guide plate 20 in the unit optical shape unit 30 and the light exit side unit optical shape unit 31 will be exemplified.
In the unit optical shape part 30, the angle α between the first inclined surface 30a and the third inclined surface 31a is desirably formed in a range of 25 ° ≦ α ≦ 40 °.
In the light-emitting-side unit optical shape portion 31, the angle β between the second inclined surface 30b and the fourth inclined surface 31b is desirably formed in a range of 80 ° ≦ β ≦ 90 °.
The height h1 of the unit optical shape part 30 and the height h2 of the light-emitting side unit optical shape part 31 are desirably formed in the ranges of 20 μm ≦ h1 ≦ 700 μm and 20 μm ≦ h2 ≦ 700 μm, respectively.
The arrangement pitch P of the unit optical shape portions 30 is desirably formed in a range of 50 μm ≦ P ≦ 1000 μm.

次に、本実施形態の導光板20から出光する映像光L及び外界の光Gの光路について説明する。
図1に示すように、映像源10から投射された映像光Lは、投射光学系12を介して導光板20の入射面120へ入光する。入射面120に入光した映像光Lは、入射面120と空気との境界面で屈折し、第1全反射面121へ入射する。その映像光Lは、第1全反射面121に入射して第2全反射面122側へ全反射した後、第2全反射面122に入射して単位光学形状部30側へ全反射する。このように、映像光Lは、第1全反射面121及び第2全反射面122間において全反射を繰り返すことにより、導光板20の−X側から+X側に向けて導光される。そして、映像光Lは、単位光学形状部30において、第1光学形状層22及び第2光学形状層23間に設けられた反射層25に入射する。
Next, the optical paths of the image light L and the external light G emitted from the light guide plate 20 of the present embodiment will be described.
As shown in FIG. 1, the image light L projected from the image source 10 enters the incident surface 120 of the light guide plate 20 via the projection optical system 12. The image light L having entered the incident surface 120 is refracted at the boundary between the incident surface 120 and the air, and enters the first total reflection surface 121. The image light L enters the first total reflection surface 121 and is totally reflected toward the second total reflection surface 122, and then enters the second total reflection surface 122 and is totally reflected toward the unit optical shape portion 30. As described above, the image light L is guided from the −X side to the + X side of the light guide plate 20 by repeating total reflection between the first total reflection surface 121 and the second total reflection surface 122. Then, the image light L is incident on the reflection layer 25 provided between the first optical shape layer 22 and the second optical shape layer 23 in the unit optical shape portion 30.

なお、図1では、説明を容易にするため、映像光Lが第1全反射面121及び第2全反射面122においてそれぞれ1回全反射する例を示している。これに限らず、映像光Lが各面でより多く全反射を繰り返す構成であってもよい。   FIG. 1 shows an example in which the image light L is totally reflected once on each of the first total reflection surface 121 and the second total reflection surface 122 for ease of explanation. The configuration is not limited to this, and a configuration in which the image light L repeats total reflection more on each surface may be used.

反射層25に入射した映像光のうち、一部の映像光Lは、図2に示すように、反射層25において第1全反射面121に対してほぼ垂直な方向(−Y方向)に反射して、第2全反射面122から観察者の眼Eに向けて出光する。また、他の映像光は、反射層25を透過して第1光学形状層22内に入射するが、そのほとんどが導光板20の背面側から出光する。   As shown in FIG. 2, a part of the image light L among the image light incident on the reflection layer 25 is reflected on the reflection layer 25 in a direction substantially perpendicular to the first total reflection surface 121 (−Y direction). Then, light is emitted from the second total reflection surface 122 toward the eye E of the observer. Further, other image light passes through the reflective layer 25 and enters the first optical shape layer 22, but most of the light exits from the back side of the light guide plate 20.

外界の光Gは、図1に示すように、導光板20の背面側(+Y側)の第1全反射面121から導光板20内に入光する。導光板20内に入光した外界の光Gのうち一部の光は、反射層25に入射する。その一部の光G1は、図2に示すように、反射層25を透過して、第2全反射面122(出光面)から観察者の眼Eに向けて出光する。また、他の光は、反射層25と第1光学形状層22との界面で背面側(+Y側)に反射する。   The external light G enters the light guide plate 20 from the first total reflection surface 121 on the back side (+ Y side) of the light guide plate 20, as shown in FIG. Part of the external light G that has entered the light guide plate 20 enters the reflective layer 25. As shown in FIG. 2, a part of the light G <b> 1 passes through the reflection layer 25 and exits from the second total reflection surface 122 (light emission surface) toward the eye E of the observer. Further, other light is reflected to the back side (+ Y side) at the interface between the reflection layer 25 and the first optical shape layer 22.

次に、本実施形態の導光板20の製造方法について説明する。
図3及び図4は、本実施形態の導光板20の製造方法を説明する図である。このうち、図3の各分図(a)〜(e)は、基材部21と接合された第1光学形状層22を製造する過程を説明する図である。また、図4の各分図(f)〜(h)は、基材部21と接合された第1光学形状層22を基にして導光板20を製造する過程を説明する図である。なお、図3及び図4では、部材の断面を示すハッチングを適宜に省略する。
Next, a method for manufacturing the light guide plate 20 of the present embodiment will be described.
3 and 4 are views for explaining a method of manufacturing the light guide plate 20 of the present embodiment. 3A to 3E are diagrams illustrating a process of manufacturing the first optical shape layer 22 bonded to the base 21. FIGS. 4F to 4H are diagrams illustrating a process of manufacturing the light guide plate 20 based on the first optical shape layer 22 bonded to the base 21. 3 and 4, hatching indicating the cross section of the member is omitted as appropriate.

まず、図3(a)に示すように、製造する導光板20の第1光学形状層22の形状に対応した賦形面100aを有する成形型100を用意し、賦形面100aが上方(重力方向の天側)を向くように配置する。成形型100は、金型でもよいし、樹脂型でもよい。
次に、図3(b)に示すように、賦形面100a上に紫外線硬化樹脂22aを均一に形成する。ここでは、例えば、紫外線硬化樹脂22aを、賦形面100a上の一辺に沿って点状又は線状に塗布し、ローラ等(不図示)で引き延ばすことにより、賦形面100a上に均一に形成することができる。
First, as shown in FIG. 3A, a molding die 100 having a shaping surface 100a corresponding to the shape of the first optical shape layer 22 of the light guide plate 20 to be manufactured is prepared. (Top side of the direction). Mold 100 may be a mold or a resin mold.
Next, as shown in FIG. 3B, an ultraviolet curable resin 22a is uniformly formed on the shaping surface 100a. Here, for example, the ultraviolet curable resin 22a is applied in a dot or line shape along one side on the shaping surface 100a, and is stretched by a roller or the like (not shown) to be uniformly formed on the shaping surface 100a. can do.

次に、図3(c)に示すように、賦形面100a上に塗布された紫外線硬化樹脂22aの上に、基材部21を貼り付ける。
次に、図3(d)に示すように、紫外線照射部(不図示)から、未硬化の紫外線硬化樹脂22aに対して紫外線UVを照射する。これにより、紫外線硬化樹脂22aが硬化して第1光学形状層22となる。本実施形態において、紫外線UVは、基材部21を介して紫外線硬化樹脂22aに照射される。
紫外線硬化樹脂22aが硬化した後、図3(e)に示すように、第1光学形状層22を成形型100から剥離することにより、基材部21と接合された第1光学形状層22を得ることができる。
Next, as shown in FIG. 3C, the base member 21 is attached on the ultraviolet curing resin 22a applied on the shaping surface 100a.
Next, as shown in FIG. 3D, an ultraviolet ray is applied to the uncured ultraviolet curable resin 22a from an ultraviolet ray irradiator (not shown). Thereby, the ultraviolet curable resin 22a is cured to form the first optical shape layer 22. In the present embodiment, the ultraviolet ray UV is applied to the ultraviolet curable resin 22 a via the base 21.
After the ultraviolet curable resin 22a is cured, as shown in FIG. 3E, the first optical shape layer 22 bonded to the base 21 is peeled off from the mold 100 by peeling the first optical shape layer 22 from the mold 100. Obtainable.

次に、図4(f)に示すように、単位光学形状部30の表面に蒸着金属を付着させて、反射層25を形成する。なお、この工程では、第1光学形状層22の単位光学形状部30が下方を向くように配置して、単位光学形状部30の表面に蒸着金属を付着させる。   Next, as shown in FIG. 4F, a vapor deposition metal is adhered to the surface of the unit optical shape portion 30 to form the reflection layer 25. In this step, the unit optical shape portion 30 of the first optical shape layer 22 is arranged so as to face downward, and a vapor deposition metal is attached to the surface of the unit optical shape portion 30.

また、図4(f)では、第1光学形状層22のすべての領域に反射層25が形成されているが、反射層25は、映像光の出光側となる領域のみに形成され、映像光が導光される領域には形成されない。反射層25が形成されない領域は、第2光学形状層23(後述)と直接に接合される。映像光の出光側となる領域のみに反射層25を形成するには、反射層25を形成する領域と同じ大きさの開口を有するステンシルマスク(不図示)を、第1光学形状層22を覆うように配置して、蒸着金属をマスキング蒸着すればよい。   In FIG. 4F, the reflection layer 25 is formed in all the regions of the first optical shape layer 22. However, the reflection layer 25 is formed only in the region on the light emission side of the image light, and Is not formed in the region where light is guided. The region where the reflective layer 25 is not formed is directly bonded to the second optical shape layer 23 (described later). In order to form the reflection layer 25 only in the region on the light emission side of the image light, a stencil mask (not shown) having the same size as the region where the reflection layer 25 is formed covers the first optical shape layer 22. The metal may be deposited by masking deposition.

次に、図4(g)に示すように、第1光学形状層22の単位光学形状部30が設けられた側の面に、第2光学形状層23を形成する。ここでは、例えば、紫外線硬化樹脂を、第1光学形状層22の一辺に沿って点状又は線状に塗布し、ローラ等(不図示)で引き延ばすことにより、均一に形成できる。図示を省略するが、この後、第1光学形状層22上に形成した紫外線硬化樹脂に対して紫外線を照射することにより、紫外線硬化樹脂が硬化して第2光学形状層23となる。   Next, as shown in FIG. 4G, a second optical shape layer 23 is formed on the surface of the first optical shape layer 22 on the side where the unit optical shape portion 30 is provided. Here, for example, an ultraviolet curable resin can be uniformly formed by applying a point-like or linear shape along one side of the first optical shape layer 22 and stretching it with a roller or the like (not shown). Although not shown, the ultraviolet curable resin formed on the first optical shape layer 22 is irradiated with ultraviolet rays to cure the ultraviolet curable resin to form the second optical shape layer 23.

次に、図4(h)に示すように、第2光学形状層23側の面に接合層24を形成して、基材部26を貼り付ける。
そして、接合層24を介して基材部26が貼付された積層体の−X側(単位光学形状部30が形成される側とは反対側)の観察者側(−Y側)の角部を加工して入射面120を形成する。以上の工程を経ることにより、導光板20が完成する。
Next, as shown in FIG. 4H, the bonding layer 24 is formed on the surface on the second optical shape layer 23 side, and the base member 26 is attached.
Then, a corner on the observer side (−Y side) on the −X side (the side opposite to the side on which the unit optical shape part 30 is formed) of the laminate on which the base material part 26 is adhered via the bonding layer 24. Is processed to form the incident surface 120. Through the above steps, the light guide plate 20 is completed.

次に、本実施形態の導光板20及び比較例の導光板20Cについて説明する。
図5は、比較例及び実施形態の導光板における映像光の光路を説明する図である。図5(a)は、比較例の導光板20Cにおける映像光の光路を説明する図である。図5(b)は、本実施形態の導光板20における映像光の光路を説明する図である。なお、図5(a)では、上述した実施形態(図1)と同じ構成要素に同一符号を付し、その符号に続いて「c」を付している。また、図5に示す各図では、説明に必要な部分にのみ符号を付している。
Next, the light guide plate 20 of the present embodiment and the light guide plate 20C of the comparative example will be described.
FIG. 5 is a diagram illustrating an optical path of image light in the light guide plates of the comparative example and the embodiment. FIG. 5A is a diagram illustrating an optical path of image light in the light guide plate 20C of the comparative example. FIG. 5B is a diagram illustrating an optical path of image light in the light guide plate 20 of the present embodiment. In FIG. 5A, the same components as those in the above-described embodiment (FIG. 1) are denoted by the same reference numerals, and "c" is added following the reference numerals. In addition, in each of the drawings shown in FIG. 5, reference numerals are given only to parts necessary for description.

図5(a)に示す比較例の導光板20Cは、従来の一般的な導光板の構成を示している。比較例の導光板20Cにおいて、入射面120cの第1全反射面121cに対する角度θ2´は、映像光Lが第1全反射面121cの垂線PHに対して臨界角以上となる角度θ1´において、(90°−θ1´)以上となるように設定されている。角度θ1´は、映像源10(不図示)から投射された映像光L(L1、L2)が、入射面120cと空気との境界面で屈折した入射角において、第1全反射面121cの垂線PHに対して臨界角以上となる角度である。ここでは、実施形態の導光板20との条件を同じとするため、角度θ1´=θ1とする。即ち、比較例における映像源10は、入射面120c(角度θ2´)で屈折した映像光Lが第1全反射面121cの垂線PHに対して臨界角以上の角度θ1´で入射するように配置されている。   The light guide plate 20C of the comparative example shown in FIG. 5A shows the configuration of a conventional general light guide plate. In the light guide plate 20C of the comparative example, the angle θ2 ′ of the incident surface 120c with respect to the first total reflection surface 121c is the angle θ1 ′ at which the image light L is equal to or larger than the critical angle with respect to the perpendicular PH of the first total reflection surface 121c. (90 ° −θ1 ′) or more. The angle θ1 ′ is perpendicular to the first total reflection surface 121c at an incident angle at which the image light L (L1, L2) projected from the image source 10 (not shown) is refracted at the boundary between the incident surface 120c and the air. It is an angle that is greater than or equal to the critical angle with respect to PH. Here, the angle θ1 ′ = θ1 in order to make the same conditions as the light guide plate 20 of the embodiment. That is, the image source 10 in the comparative example is arranged such that the image light L refracted on the incident surface 120c (the angle θ2 ′) is incident on the perpendicular line PH of the first total reflection surface 121c at an angle θ1 ′ equal to or greater than the critical angle. Have been.

また、比較例の導光板20Cにおいて、入射面120cは、第1導光層201cの層厚をth1、第2導光層202cの層厚をth2、第1全反射面121cの垂線PH方向における入射面120cの幅をW1とした場合に、W1>tanθ1´×(2×th1+th2)となるように設定されている。
なお、図5(a)では、第1全反射面121c及び第2全反射面122cのX方向(導光方向)において、映像光Lの有る範囲を領域E1、映像光Lの無い範囲を領域E2でそれぞれ表している。
比較例の導光板20Cにおいて、最も−X側から入光する映像光L1と、最も+X側から入光する映像光L2は、第1全反射面121c及び第2全反射面122cの間で全反射を繰り返しながら、導光板20C内の+X方向(導光方向)に導光される。
In the light guide plate 20C of the comparative example, the incident surface 120c has a thickness of the first light guide layer 201c of th1, a thickness of the second light guide layer 202c of th2, and a perpendicular PH direction of the first total reflection surface 121c. When the width of the incident surface 120c is W1, the setting is such that W1> tan θ1 ′ × (2 × th1 + th2).
In FIG. 5A, in the X direction (light guide direction) of the first total reflection surface 121c and the second total reflection surface 122c, a range where the image light L exists is defined as a region E1, and a range where the image light L is not defined is defined as a region E1. Each is represented by E2.
In the light guide plate 20C of the comparative example, the image light L1 that enters from the most -X side and the image light L2 that enters from the most + X side are totally between the first total reflection surface 121c and the second total reflection surface 122c. The light is guided in the + X direction (light guide direction) in the light guide plate 20C while repeating reflection.

図5(a)に示すように、入射面120cの角度θ2´を(90°−θ1´)以上とし、入射面120cの幅W1を、W1>tanθ1´×(2×th1+th2)とした比較例の導光板20Cでは、入射面120cに最も−X側から入光する映像光L1が、第2全反射面122cの最も−X側の端部から+X側に離れた位置に入射する。そのため、比較例の導光板20Cでは、第2全反射面122cの最も−X側の端部と映像光L1が入射する位置との間に、映像光Lの入射しない領域E2が形成される。この領域E2は、映像光L1及びL2の導光方向に沿って、第1全反射面121c及び第2全反射面122cに交互に形成される。そして、領域E1及びE2を含む映像光Lは、第1光学形状層22に形成された反射層25で−Y側に反射して、観察者の眼Eに向けて出光する(図2参照)。このとき、領域E2は、映像中において、鉛直方向(Z方向)に延在する暗線として観察者に観察される。このような暗線は、映像の画質を低下させる要因となる。   As shown in FIG. 5A, a comparative example in which the angle θ2 ′ of the incident surface 120c is equal to or more than (90 ° −θ1 ′), and the width W1 of the incident surface 120c is W1> tan θ1 ′ × (2 × th1 + th2). In the light guide plate 20C, the image light L1 entering the incident surface 120c from the most -X side is incident on a position away from the most -X side end of the second total reflection surface 122c to the + X side. Therefore, in the light guide plate 20C of the comparative example, a region E2 where the image light L does not enter is formed between the most-X-side end of the second total reflection surface 122c and the position where the image light L1 enters. The region E2 is alternately formed on the first total reflection surface 121c and the second total reflection surface 122c along the light guide direction of the image lights L1 and L2. Then, the image light L including the regions E1 and E2 is reflected on the −Y side by the reflection layer 25 formed on the first optical shape layer 22, and is emitted toward the eye E of the observer (see FIG. 2). . At this time, the region E2 is observed by the observer as a dark line extending in the vertical direction (Z direction) in the video. Such a dark line causes a reduction in image quality of an image.

一方、図5(b)に示すように、入射面120の角度θ2を(90°−θ1)未満とし、入射面120の幅W2(前述のW)を、W2>tanθ1×(2×th1+th2)とした実施形態の導光板20では、入射面120に最も−X側から入光する映像光L1が、第2全反射面122の最も−X側の端部に入射する。そのため、実施形態の導光板20では、映像光Lが入射しない領域E2が形成されることがない。即ち、第1全反射面121c及び第2全反射面122cでは、そのすべてにおいて、映像光Lの有る領域E1が形成される。そのため、映像光L1が第1光学形状層22に形成された反射層25で−Y側に反射して、観察者の眼Eに向けて出光したときに、映像中に領域E2による暗線が生じることがない。したがって、入射面120の角度θ2を(90°−θ1)未満とし、入射面120の幅W2を、W2>tanθ1×(2×th1+th2)とした本実施形態の導光板20においては、表示する映像の画質をより向上させることができる。   On the other hand, as shown in FIG. 5B, the angle θ2 of the incident surface 120 is set to be less than (90 ° −θ1), and the width W2 (the aforementioned W) of the incident surface 120 is set to W2> tan θ1 × (2 × th1 + th2). In the light guide plate 20 of the embodiment described above, the image light L <b> 1 entering the incident surface 120 from the most -X side is incident on the most -X-side end of the second total reflection surface 122. Therefore, in the light guide plate 20 of the embodiment, the region E2 where the image light L does not enter is not formed. That is, in all of the first total reflection surface 121c and the second total reflection surface 122c, the region E1 where the image light L exists is formed. Therefore, when the image light L1 is reflected to the −Y side by the reflection layer 25 formed on the first optical shape layer 22 and emitted toward the eye E of the observer, a dark line due to the region E2 occurs in the image. Nothing. Therefore, the image to be displayed on the light guide plate 20 of the present embodiment in which the angle θ2 of the incident surface 120 is less than (90 ° −θ1) and the width W2 of the incident surface 120 is W2> tan θ1 × (2 × th1 + th2). Image quality can be further improved.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、後述する変形形態のように種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。また、実施形態に記載した効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、実施形態に記載したものに限定されない。なお、上述の実施形態及び後述する変形形態は、適宜に組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。   As described above, the embodiments of the present invention have been described. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made as in the modifications described below. Within technical scope. Further, the effects described in the embodiments merely enumerate the most preferable effects resulting from the present invention, and the effects according to the present invention are not limited to those described in the embodiments. The above-described embodiment and the modified examples described below can be used in appropriate combinations, but detailed description is omitted.

(変形形態)
(1)上述の実施形態では、単位光学形状部30の厚み方向の断面が三角形状(プリズム形状)に形成される例について説明したが、これに限定されない。単位光学形状部30の厚み方向の断面は、多角形、半球形、レンズ形等によるプリズム形状であってもよい。また、プリズム形状は、断面が奥行方向に延在していてもよいし、ディンプル形、ピラミッド形(三角錐、四角錐等)であってもよい。
(Modified form)
(1) In the above-described embodiment, an example in which the cross section in the thickness direction of the unit optical shape portion 30 is formed in a triangular shape (prism shape) is described, but the present invention is not limited to this. The cross section in the thickness direction of the unit optical shape portion 30 may be a prism shape such as a polygon, a hemisphere, a lens, or the like. Further, the prism shape may have a cross section extending in the depth direction, or may have a dimple shape, a pyramid shape (a triangular pyramid, a quadrangular pyramid, or the like).

(2)上述の実施形態では、反射層25を、第1傾斜面30a上の全面、即ち第1傾斜面30a及び第3傾斜面31a間の全体に設けた例を示したが、これに限定されない。反射層25を、第1傾斜面30a上の一部に設けてもよい。例えば、反射層25は、第1傾斜面30aの+X側の領域、即ち映像光の反射に寄与する領域にのみ設けてもよい。 (2) In the above-described embodiment, an example is described in which the reflective layer 25 is provided on the entire surface on the first inclined surface 30a, that is, on the entire region between the first inclined surface 30a and the third inclined surface 31a. Not done. The reflection layer 25 may be provided on a part of the first inclined surface 30a. For example, the reflective layer 25 may be provided only in the region on the + X side of the first inclined surface 30a, that is, in the region that contributes to the reflection of the image light.

(3)上述の実施形態において、導光板20の背面(基材部21の背面)及び導光板20の観察者側の面(基材部26の観察者側の面)のいずれか又はその両方の面に、傷つき防止を目的としたハードコート処理を施してもよい。このハードコート処理として、例えば、導光板20の背面及び観察者側の面のいずれか又は両方の面に、ハードコート機能を有する紫外線硬化型樹脂(例えば、ウレタンアクリレート)を塗布してハードコート層を形成してもよい。 (3) In the above-described embodiment, one or both of the back surface of the light guide plate 20 (the back surface of the base member 21) and the observer side surface of the light guide plate 20 (the observer side surface of the base member portion 26). May be subjected to a hard coat treatment for the purpose of preventing damage. As this hard coat treatment, for example, an ultraviolet curable resin (for example, urethane acrylate) having a hard coat function is applied to one or both of the back surface and the observer side surface of the light guide plate 20 to form a hard coat layer. May be formed.

(4)上述の実施形態では、導光板20において、第1全反射面121と映像光が出光する出光面とが相違する面として形成される構成を示したが、これに限定されない。導光板20において、第1全反射面121と映像光が出光する面とが同一面内に形成される構成としてもよい。 (4) In the above-described embodiment, the configuration has been described in which the first total reflection surface 121 and the light emission surface from which the image light is emitted are formed as different surfaces in the light guide plate 20, but the invention is not limited thereto. In the light guide plate 20, the first total reflection surface 121 and the surface from which the image light is emitted may be formed in the same plane.

1 表示装置
10 映像源
20 導光板
22 第1光学形状層
23 第2光学形状層
25 反射層
30 単位光学形状部
30a 第1傾斜面
30b 第2傾斜面
120 入射面
121 第1全反射面
122 第2全反射面
201 第1導光層
202 第2導光層
Reference Signs List 1 display device 10 image source 20 light guide plate 22 first optical shape layer 23 second optical shape layer 25 reflective layer 30 unit optical shape portion 30a first inclined surface 30b second inclined surface 120 incident surface 121 first total reflection surface 122 first 2 Total reflection surface 201 First light guide layer 202 Second light guide layer

Claims (2)

映像光を投射する映像源と、
映像光を導光方向に全反射する第1全反射面が形成された第1導光層、前記第1全反射面と対向する位置に設けられ、映像光を導光方向に全反射する第2全反射面及び前記映像源から投射された映像光を前記第1全反射面に入射させる入射面が形成された第2導光層を有する導光板と、
を備えた表示装置であって、
前記映像源は、投射した映像光が前記第1全反射面の垂線に対して臨界角以上の角度θ1で入射するように配置され、
前記入射面の前記第1全反射面に対する傾斜角度θ2は、(90°−θ1)未満であり、
前記第1導光層の層厚をth1、前記第2導光層の層厚をth2、前記入射面を前記第1全反射面に対して投影した際の幅をWとした場合に、W>tanθ1×(2×th1+th2)を満たすこと、
を特徴とする表示装置。
An image source for projecting image light,
A first light guide layer provided with a first total reflection surface that totally reflects the image light in the light guide direction, and a first light guide layer that is provided at a position facing the first total reflection surface and totally reflects the image light in the light guide direction. (2) a light guide plate having a second light guide layer formed with a total reflection surface and an incident surface for causing image light projected from the image source to enter the first total reflection surface;
A display device comprising:
The image source is arranged such that the projected image light is incident on the perpendicular to the first total reflection surface at an angle θ1 that is equal to or greater than the critical angle,
An inclination angle θ2 of the incident surface with respect to the first total reflection surface is less than (90 ° −θ1);
When the thickness of the first light guide layer is th1, the thickness of the second light guide layer is th2, and the width of the incident surface projected onto the first total reflection surface is W, W > Tan θ1 × (2 × th1 + th2)
A display device characterized by the above-mentioned.
請求項1に記載の表示装置において、
前記導光板の前記第1導光層は、
第1傾斜面及び第2傾斜面を有する単位光学形状部が複数配列された第1光学形状層と、
前記第1光学形状層の前記単位光学形状部が設けられた側の面に積層される第2光学形状層と、
前記第1傾斜面の少なくとも一部に形成され、入射した光の一部を反射し、その他を透過する反射層と、
を備えることを特徴とする表示装置。
The display device according to claim 1,
The first light guide layer of the light guide plate includes:
A first optical shape layer in which a plurality of unit optical shape portions each having a first inclined surface and a second inclined surface are arranged,
A second optical shape layer laminated on a surface of the first optical shape layer on which the unit optical shape portion is provided;
A reflecting layer that is formed on at least a part of the first inclined surface, reflects a part of incident light, and transmits the other;
A display device comprising:
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