CN107111144A

CN107111144A - 导光板及虚像显示装置

Info

Publication number: CN107111144A
Application number: CN201580061047.1A
Authority: CN
Inventors: 增田岳志; 古川浩之; 野口要治
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2014-11-11
Filing date: 2015-11-02
Publication date: 2017-08-29
Also published as: US10222534B2; WO2016076153A1; US20170336552A1

Abstract

导光板(30)，被构成为从显示元件(10)出射的光传播于内部，传播于内部的光的至少一部分通过多个反射结构(34)反射，多个反射结构的每一个具有相对于光出射面(S30)倾斜的反射面(36)，具备第一透明部件(30A)、第二透明部件(30B)、以及配置在第一透明部件和第二透明部件之间的第三透明部件(38)，多个反射结构设置在紧挨着第三透明部件的位置。

Description

导光板及虚像显示装置

技术领域

本发明是关于导光板及使用该导光板的虚像显示装置。

背景技术

近年，作为头戴式显示器或者平视显示器，正在进行将小型显示元件形成的图像作为虚像进行放大后显示的虚像显示装置的开发。虚像显示装置的构成为通过导光板以及组合器等，将显示元件出射的光投影到观察者眼睛的方向。透视型虚像显示装置中，可在透过导光板以及组合器看到的外界风景上，叠加显示元件形成的图像的虚像后进行显示。使用这种虚像显示装置，可简单地提供AR(增强现实)环境。

专利文献1公开了一种显示虚像使其重叠在外界风景上的透视型虚像显示装置。所述虚像显示装置具备包含显示元件的图像光学***和导光部件。在导光部件(导光板)中，来自显示元件的光通过在其端部设置的耦合部被准直后入射。入射到耦合部的准直光传播到导光部件的内部之后，被用于图像提取的衍射光栅反射，从导光部件的出光面出射。用于图像提取的衍射光栅被构成为，具有锯齿状的截面的凹凸构造的斜面上设置有半反射膜。观察者通过半反射膜，可看到导光部件内侧的虚像。

同样，专利文献2也公开了一种透视型虚像显示装置。所述虚像显示装置中使用的导光板是，通过贴合由在表面上具有截面锯齿状的多个凹状结构的基材和在表面上具有对应所述凹状结构的多个凸状结构的比较薄的基材制成。凹状结构和凸状结构相对的部分上设置有反射膜。该构成中，反射膜被配置在导光板的表面附近，把传播于导光板内部的光朝向观察者一侧反射。

此外，专利文献3中也公开了一种具备了用于将传播于导光板内部的光反射后使其向外部出射的反射阵列的虚像显示装置。专利文献3中记载的反射阵列被构成为包含相对导光板的出光面倾斜的反射面、和平行于出光面的平行面、设置在反射面和平行面之间的其他倾斜面。

现有技术文献

专利文献1：特开2004-157520号公报

专利文献2：特开2012-198264号公报

专利文献3：美国专利第8665178号说明书

发明内容

本发明所要解决的技术问题

专利文献1及2中记载的虚像显示装置中，为了构成导光板而被重叠设置的两个基材偏厚，反射膜设置在导光板的表面附近。在这种情况下，当由于在导光板的表面施加冲击或者受热等，导致在导光板上产生的应力增大时，反射膜容易产生裂痕等损伤。此外，如专利文献1及专利文献2中所记载，针对被形成有截面锯齿状的凹凸结构的主基板，被比较薄的部件覆盖表面的结构中，存在导光板本身产生弯曲，或者形成有凹凸结构的部分粘合性低的时候基材剥离的问题。

此外，专利文献3中记载的构成中，贴合分别制作的两个基材以制作导光板，但是，如果没有适当选择两个基材的材料等的情况下，存在产生弯曲等变形，或者反射膜产生裂痕的情况。进一步，专利文献3中所记载的构成中，因为需设置在基材的凹凸相配合的贴合在一起，由于模具的加工精度或者成型制度，会产生由于凹凸形状的位置或者齿距偏离使贴合困难，或者粘合性低的问题。这种问题，特别是在进行大量生产时，会大幅降低通过量。

本发明是鉴于上述问题而作出，主要目的是提供不易产生弯曲等变形或者损伤的导光板。此外，本发明的其他目的是提供具备所述导光板的虚像显示装置。

解决问题的手段

根据本发明的实施方式的导光板被构成为，从显示元件出射的光传播到内部，传播于所述内部的光的至少一部分通过多个反射结构反射，所述多个反射结构的每一个具有相对于出光面倾斜的反射面，所述导光板具备第一透明部件、第二透明部件，以及被设置在所述第一透明部件和所述第二透明部件之间的第三透明部件，所述多个反射结构设置在与第三透明部件紧挨着的位置。

某一实施方式中，所述第三透明部件的两个主面中的一面被形成为，包含与所述多个反射结构的反射面相匹配的，且相对所述出光面倾斜的多个倾斜面，所述第三透明部件的另一面，由与所述出光面平行的平面形成。

某一实施方式中，使用玻璃板或者透明树脂板形成所述第一透明部件及所述第二透明部件，使用与所述第一透明部件或所述第二透明部件的表面相接触地赋予的固化树脂材料形成所述第三透明部件。

某一实施方式中，所述第一透明部件的平板部分的厚度和所述第二透明部件的平板部分的厚度的比例在，2：1到1:2的范围内。

某一实施方式中，所述第一透明部件的热膨胀系数和所述第二透明部件的的热膨胀系数基本相同。

某一实施方式中，所述第一透明部件的热膨胀系数和所述第三透明部件的热膨胀系数基本相同。

某一实施方式中，所述第一透明部件及所述第二透明部件都通过注塑成型而形成，被配置为所述注塑成型中所述第一透明部件的通道部分和所述第二透明部件的通道部分相接近。

某一实施方式中，所述反射结构包含所述第一透明部件或者所述第二透明部件上形成的凹状或者凸状的多个棱镜结构，所述第三透明部件被设置为覆盖所述多个棱镜结构、使所述多个棱镜结构的表面平坦化。

某一实施方式中，所述第一透明部件及所述第二透明部件中被形成有所述多个棱镜结构的一侧的透明部件中，除所述多个棱镜结构以外的厚度为Ha，其他透明部件的厚度为Hb，所述凹状或者凸状的多个棱镜结构和所述棱镜结构上的所述第三透明部件所构成的厚度为h0时，满足Ha-h0≦Hb≦Ha+h0。

某一实施方式中，所述多个反射结构包含形成在所述第三透明部件的凹状或者凸状的多个棱镜结构。

某一实施方式中，所述第三透明部件与所述第一透明部件相邻，进一步具备设置在所述第三透明部件和所述第二透明部件之间，并覆盖所述多个棱镜结构，以形成所述多个棱镜结构的表面的第四透明部件。

根据本发明的实施方式的虚像显示装置，具备上述任意导光板、所述显示元件、固定在所述导光板上，接收从所述显示元件出射的虚像投影光的耦合结构。

某一实施方式中，所述虚像显示装置为，多个反射结构具有的反射面被形成为反射部分光并且透射部分光的透视型虚像显示装置。

发明效果

根据本发明的实施方式，可提供形状稳定性良好的，不易产生破损的导光板以及使用该导光板的虚像显示装置。

附图说明

图1为根据本发明的第一实施方式的虚像显示装置的示意图，(a)为立体图，(b)为俯视图。

图2为根据第一实施方式的虚像显示装置的示意图，(a)为表示全体构成的侧面图，(b)为表示在棱镜反射阵列区域中接近耦合结构区域的棱镜排列的剖视图，(c)表示棱镜反射阵列区域中远离耦合结构的棱镜排列的剖视图，(d)表示一个棱镜的剖视图。

图3中(a)为接近耦合结构区域以及远离耦合结构区域的棱镜排列的示意图，(b)为棱镜齿距等的变化的示意图，(c)为关于半反射膜的透过率及反射率的入射角(反射角)相关性的示意图。

图4中(a)表示在注塑成型中，来自通道的成型材料的流动以及导光板的残余应变的俯视图，(b)表示两个板状的透明部件的厚度不同时的热膨胀程度的剖视图。

图5中(a)表示根据注塑成型同时制作两个板状透明部件时的通道的立体图，(b)表示为了使两个透明部件的通道部分相接近而重叠设置的立体图，(c)表示各透明部件中产生的热膨胀程度的剖视图。

图6为第一实施方式的虚像显示装置中虚像投影光的路径的示意图，(a)表示耦合结构中的光路的剖视图，(b)表示棱镜反射阵列中光路的剖视图，(c)表示被棱镜反射的光的路径的剖视图。

图7为从法线方向仅偏离视角±θ₀的出射光的光路的示意图，(a)表示耦合结构中光路的剖视图，(b)表示从棱镜反射的光的路径的剖视图。

图8表示棱镜反射阵列中光路的剖视图，(a)表示在第一透明部件和第三透明部件(以及第二透明部件)中折射率相等的情况，(b)表示在第一透明部件和第三透明部件(以及第二透明部件)中折射率不同的情况。

图9为入射到耦合结构的光的路径的剖视图，(a)为向法线方向出射的光在耦合结构附近的路径示意图，(b)为从法线方向仅偏离视角±θ₀出射的光在耦合结构附近的路径示意图。

图10是为了说明棱镜反射阵列中半反射膜的形成过程的示意图，(a)表示为了说明斜角蒸镀的剖视图，(b)表示用于说明通过设置掩模在规定区域设置半反射膜的方式的立体图。

图11为耦合结构的各种方式的示意图，(a)至(d)表示分别不同的方式。

图12为根据第二实施方式的虚像显示装置的示意图，(a)表示全体构成的侧面图，(b)表示在棱镜反射阵列区域中接近耦合结构区域的棱镜排列的剖视图，(c)表示在棱镜反射阵列区域中远离耦合结构区域的棱镜排列的剖视图，(d)表示一个棱镜的剖视图。

图13中(a)是为了说明根据第二实施方式的虚像显示装置的透明部件的制造过程的示意图，(b)表示各种透明部件中产生的热膨胀程度的剖视图。

图14为根据第三实施方式的虚像显示装置的示意图，(a)表示全体构成的侧面图，(b)表示棱镜反射阵列区域中接近耦合结构区域的棱镜排列的剖视图，(c)表示棱镜反射阵列区域中远离耦合结构区域的棱镜排列的剖视图，(d)表示一个棱镜的剖视图。

图15表示各种透明部件中产生的热膨胀程度的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图说明根据本发明的实施方式的导光板，以及具备该导光板的虚像显示装置。以下，作为虚像显示装置的一个例子，说明头戴式显示器(HMD)的结构，但是，本发明不限于此。此外，以下说明的导光板不仅用于HMD，也可在平视显示器(HUD)等其他形态的虚像显示装置中使用。

(第一实施方式)

图1(a)以及(b)示意性地示出了第一实施方式的虚像显示装置100的构成的立体图和俯视图。此外，图2(a)至(d)示意性地示出了虚像显示装置100的构成的图。

虚像显示装置100具备显示元件10、以及接收显示元件10出射的光，并对接收的光进行准直的投影透镜***(准直光学***)20。虚像显示装置100还具备，用于把从投影透镜***20出射的光投影至观察者的方向的导光板30。

在导光板30的单侧的主面的端部上，设置有接收来自投影透镜***20的光L的耦合结构32。本实施方式中，作为耦合结构32，使用了沿导光板30的一边(图1(b)中表示的Y方向)延伸的三棱柱状棱镜。应当指出，在本说明书中，包含导光板30和耦合结构32的光学元件有时称为光导。

在此构成中，来自显示元件10的出射光(虚像显示光)L被投影透镜***20准直，然后，入射设置在导光板30的端部的耦合结构32。入射到耦合结构32的平行光束，从导光板30的受光部31，即，设置有耦合结构32部分，例如，沿图1(b)所示的X方向(从耦合结构32朝向导光板30的相反一侧的面内方向)，传播于导光板30的内部。

应当指出，从耦合结构32导入到导光板30的光L，如图1及图2所示，可包含行进方向略微不同的多个光束。这里，从显示元件10的中央区域出射的光对应在平行于图1(b)所示的X方向的方向上前进的光束，从显示元件10的端区域出射的光对应在非平行于与X方向的方向上前进的光束。

作为显示元件10及投影透镜***20，可广泛使用公知的产品。作为显示元件10可使用，例如，透过型液晶显示面板或者有机EL显示面板，作为投影透镜***20可使用，例如，特开2004-157520号公报所记载的透镜系。此外，作为显示元件10可使用反射型液晶显示面板(LCOS)，作为投影透镜***20可使用，例如特开2010-282231号公报所记载的凹面镜、透镜组等。为了参考，在本申请说明书中引用特开2004-157520号公报以及特开2010-282231号公报中所公开的全部内容。显示元件10的大小为，例如对角线约0.2英寸至约0.5英寸。并且，自投影透镜***20出射的光束的直径，可由投影透镜***20调整。此外，通过调整耦合结构32的大小，可扩大光束的直径。

如图2(b)及(c)所示，本实施方式中，导光板30由配置于观察者侧的第一透明部件30A(第一透明基板)和配置于观察者侧的相对侧的第二透明部件30B(第二透明基板)构成。第一透明部件30A及第二透明部件30B为，例如，由玻璃板、透明树脂板等形成，这些被重叠配置。第一透明部件30A和第二透明部件30B由夹在中间的第三透明部件38相互固定。第一透明部件30A的外侧表面构成导光板30的下侧(观察者侧)主面S1，第二透明部件30B的外侧表面构成导光板30的上侧(相反侧)主面S2，导光板30的下侧主面S1和上侧主面S2暴露于空气中。并且，图1及图2所示的形态中，耦合结构32被设置在导光板30的下侧主面S1，即第一透明部件30A的外侧表面。

如图2(a)至(c)所示，在导光板30的厚度方向上的中间，设置有包含多个棱镜34A的棱镜反射阵列34。棱镜反射阵列34被设置为，用于把通过耦合结构32入射到导光板30的光反射后出射到导光板30的外部。棱镜反射阵列34可设置在从第一透明部件30A的内侧表面到第二透明部件30B的内侧表面的位置，本实施方式中，设置在第一透明部件30A的内侧表面。

如图1(b)所示，棱镜反射阵列34设置在与出光面平行的面内中规定的面内区域。本实施方式中，棱镜反射阵列34被设置在导光板30的面内的在X方向中具有宽度x，在Y方向中具有宽度y的规定的矩形状区域Rr内。

如图2(a)所示，从导光板30的受光部31入射的光在棱镜反射阵列34上反射，并从设置在导光板30的下侧主面S1的出光面S30向外部出射。棱镜反射阵列34被构成为使光主要出射于光出射面S30法线方向。并且，光出射面S30的法线方向为与所述X方向及Y方向正交的方向(Z方向)。

导光板30中，第一透明部件30A的内侧表面上形成的多个棱镜34A被第三透明部件38覆盖。此外，第三透明部件38与第二透明部件30B的内侧表面接触。该构成中，第三透明部件38的单侧的面具有与第一透明部件30A上形成的棱镜34A的形状相匹配的形状，相反侧的面具有与导光板30的主面平行的平面。第三透明部件38被设为填补棱镜反射阵列34的凹凸，以平面接触第二透明部件30B。并且，将后述棱镜反射阵列34的具体构成。

如图2(a)所示，从位于导光板30的端部的受光部31入射的光，在导光板30的上、下侧主面S1、S2中发生全反射的同时在内部传播。更具体为，以根据导光板30对外侧介质(在这里为空气)的相对折射率决定的临界角以上的入射角，入射到导光板30的上、下侧主面S1、S2的光在界面上发生全反射。并且，重复全反射的同时以导光板30的内部为主沿第一方向(X方向)传播。并且，本说明书中，为了便于说明，导光板30的每个主面，为了区别根据图称呼为上侧主面S2及下侧主面S1，但是，理应明白，并不意味着实际使用情况中的上下位置关系。

并且，设置有棱镜反射阵列34的区域的外侧区域中，第一透明部件30A和第二透明部件30B也可以直接接触，也可以通过第三透明部件38的扩张部分(设置在棱镜阵列形成区域的外侧的薄层)连接。当第一透明部件30A和第二透明部件30B(以及第三透明部件38)中折射率相同的时候，防止第一透明部件30A和第二透明部件30B的界面上产生折射或全反射。但是，传播于导光板30的内部的一部分光也可以在第一透明部件30A和第二透明部件30B之间的界面上反射。

接着，说明棱镜反射阵列34的更详细的构成。如图2(b)以及(c)所示，棱镜反射阵列34包含多个棱镜34A。每个棱镜34A具有对导光板30的出光面S30以规定角度范围倾斜的第一倾斜面S341和，在棱镜的棱线34r上与第一倾斜面S341连接的第二倾斜面S342。每个棱镜34A中，第一倾斜面S341是被配置在相对于受光部31，比第二倾斜面S342更远侧的倾斜面。

如图2(d)所示，第一倾斜面S341和与出光面S30平行的面(以下称为X-Y平面)形成的角度设为α，第二倾斜面S342和X-Y平面形成的角度设为β。例如，角度α为10°～45°，角度β为60°～90°。这里，如图2(d)所示，考虑从导光板30中设置有受光部31的一侧的端部向另一侧的端部方向作为X方向的正方向的截面。该截面中，第一倾斜面S341的倾斜角度α是，第一倾斜面S341以X-Y平面为基准(0°)顺时针回转的正数角度，第二倾斜面S342的倾斜角度β是，第二倾斜面S342以逆时针回转的正数角度。

此外，如图2(b)及(c)所示，在棱镜34A上设置有与第一倾斜面S341以及后述的平行面S35接触，且选择性地覆盖它们(即，不覆盖第二倾斜面S342)的半反射膜36。半反射膜36为，例如，由薄金属膜(Ag膜、Al膜等)、电介质膜(TiO₂膜等)等形成，反射入射的光的至少一部分，并可透过一部分光。该构成中，可将传播于导光板30的内部的一部分光用第一倾斜面S341以及平行面S35反射的同时，并把从导光板30的上侧主面S2的外侧入射的光(来自外界的光)从导光板30的下侧主面S1出射。

如上所述，半反射膜36被设置为覆盖棱镜34A的第一倾斜面S341和平行面S35，但并未设置在第二倾斜面S342上。即，传播于导光板30内部的光被棱镜34A的第一倾斜面S341以及平行面S35反射，不会被第二倾斜面S342反射。这是因为，如把第二倾斜面S342构成为反射面，光将会反射到预想不到的方向成为杂散光，因此，很难实现高品质的虚像显示。

并且，图3(c)为关于半反射膜36(在这里是TiO₂膜)的透过率及反射率与入射角(或者反射角)的角度相关性的示意图。本实施方式中，以入射角0°基本垂直入射的光的透过率高，反射率低。此外，以入射角90°基本水平入射的光的透过率低，反射率高。并，由于作为半反射膜使用TiO₂膜，因此在半反射膜中不会产生光的吸收。

如图2(b)所示，本实施方式的导光板30上设置的棱镜反射阵列34中，在耦合结构32(或者受光部31)的附近位置上，相邻的棱镜34A之间设置有狭缝状的平坦部(平行面S35)。另一方面，如图2(c)所示，远离耦合结构32(或者受光部31)的位置上，相邻的棱镜34A之间未设置有所述平坦部，棱镜34A被相互接近连续配置。

这里，如上所述，将说明根据棱镜反射阵列34的位置变更棱镜配置模式的理由。被棱镜反射阵列34反射的光从导光板30出射的时候，存在被观察出根据出光面S30的位置其亮度会不同的情况。这是，原因之一是被认为，如果导光板30上设置的反射部件(此处为棱镜反射阵列34)中反射面在面内分布一样，使靠近来自显示元件10的光所入射的受光部31的一侧出射的平行光束的强度高，从远离的一侧出射的平行光束的强度低。

因此，本实施方式的棱镜反射阵列34中采用根据出光面的位置改变出光面中的单位面积的第一倾斜面S341的面积比例的构成。更具体为，如图2(b)所示，设置于棱镜反射阵列34的区域内，在靠近耦合结构32(或者导光板30的受光部31)的一侧，通过在相邻的棱镜反射阵列34A之间设置平坦部(平行面S35)使第一倾斜面S341的面积比例设定得比较低。另一方面，如图2(c)所示，在远离耦合结构32(或者导光板30的受光部31)的一侧，通过在相邻的棱镜反射阵列34A之间不设置平坦部而是通过密集配置棱镜34A，使第一倾斜面S341的面积比例设定得比较高。

并且，图2(b)及图2(c)中，示出了棱镜反射阵列34中与耦合结构32最近的区域和最远的区域的棱镜34A的排列。在两个区域之间的区域中，相邻的棱镜34A之间可配置，比图2(b)所示的平行面S35的宽度窄的平行面。即，随着远离耦合结构32或受光部31，棱镜34A之间的间隔(排列齿距)或者是棱镜34A之间设置的平行面S35的宽度可渐渐地或逐步地变窄。棱镜反射阵列34中，棱镜34A的面内密度(单位面积的存在比例)，随着远离受光部31可变得更密。

图3(a)为接近耦合结构32一侧的棱镜34A的排列、和远离耦合结构32一侧的棱镜34A的排列的示意图。为了均匀地提取被配置棱镜反射阵列34的区域内的虚像反射光，第一透明部件30A的表面上成型的多个棱镜34A被配置为，单位面积中棱镜34A所占比例，在与耦合结构32接近的位置上小，随着远离而变大。

如此，为了增加棱镜的面内密度，可考虑，如果棱镜排列齿距设为p、棱镜34A的宽度设为a、平行面S35的宽度设为b，棱镜宽度a为常数而减少平行面宽度b的配置。或者，可考虑棱镜齿距p为常数而扩大棱镜宽度a的配置。但是，考虑到导光板30的虚像光的出光面S30和与该面相对的对向面的平行度，棱镜宽度a为常数时便于保持平行度，便于贴合第二透明部件30B。

作为更具体的设计，例如棱镜宽度设为a＝0.25mm，离第一透明部件30A上配置的耦合结构32的端面的距离为15mm～41mm，在具有26mm的宽度的棱镜形成区域中，可使平行面宽度b从0.55mm到0mm为止渐渐减少排列。并，棱镜宽度a＝0.25mm、第一倾斜面角度α＝26度、第二倾斜面角度β＝85度的时候，棱镜高度为hp＝0.117mm。

图3(b)表示上述情况中关于棱镜排列位置的棱镜排列齿距p及平行面S35的宽度b的示意图。如图3(b)所示，棱镜反射阵列34中，在耦合结构32的近侧，棱镜排列齿距p以及平行面S35的宽度b大；在耦合结构32的远侧，棱镜排列齿距p以及平行面S35的宽度b小。此外，对应离棱镜反射阵列34的端部的距离，棱镜排列齿距p以及平行面S35的宽度b渐渐减小。

接着，关于第一透明部件30A及第二透明部件30B的大小和制作方法进行说明。第一透明部件30A及第二透明部件30B，例如，都可以通过注塑成型制作。注塑成型是指，把通过加热使之具有流动性的成型树脂，通过高压注入到模具制作出成型部件的方法。

但是，如图4(a)所示，从成型部件内的注入口(通道)沿成型材料的流动(图4(a)中以虚线表示)产生压力分布，在成型部件上残余应变(应力)。因此，将这两片贴合的时候，即使，二者的热膨胀系数是平均(全体)一致的时候，由于残余应变的分布不一致，导致局部热膨胀系数不一致。此时，有热负荷的时候等，导光板30中容易产生弯曲或变形。进一步，会有半反射膜36上产生裂痕，或者在设置半反射膜的部分上粘合性低，导致另一侧的部件剥离的情况。

此外，注塑成型中，通过使用同一种材料形成第一透明部件30A和第二透明部件30B可使平均(全体)热膨胀系数一致，但是，很难使不同材料的第三透明部件38的热膨胀系数严格地一致。此时，如图4(b)所示，由于第一透明部件30A和第二透明部件30B上，导光板的表面中的热膨胀TE的程度与第三透明部件38的附近中热膨胀TE的程度不同而产生热应力，第一透明部件30A的厚度和第二透明部件30B的厚度不同的时候，由于二者的热应力不同产生导光板的弯曲或变形。进一步，会有半反射膜36中产生裂痕，或一侧的部件剥离的情况。

因此，本实施方式中，第一透明部件30A和第二透明部件30B以相同条件注塑成型使残余应变的分布一致，同时，通过使这些透明部件30A、30B的厚度基本相同，有热负荷的时候两者产生的热应力相同。并，耦合结构32可与第一透明部件30A一体成型，但是，耦合结构32单独制作的话，更容易使第一透明部件30A和第二透明部件30B上产生的残余应变相适应。

图5(a)至(c)为，用于说明通过注塑成型同时制作第一透明部件30A和第二透明部件30B的过程的示意图。如图5(a)所示，第一透明部件30A和第二透明部件30B在相同成型模具中同时形成。此外，如图5(a)所示，第一透明部件30A和第二透明部件30B之间，设置有通道G(成型模具中的树脂注入口)。

第一及第二透明部件30A、30B的外形尺寸可设定为，例如X＝45mm、Y＝30mm。此外，关于厚度可设为，如图2(c)所示，形成有棱镜34A的部件的第一透明部件30A中除棱镜以外的厚度为Ha＝1.0mm，平板状的第二透明部件30B的厚度为Hb＝1.0mm。此外，关于第一透明部件30A的表面形成的棱镜34A的形状将后述，而棱镜34A的高度(底面到最顶部的距离)为，例如，设为hp＝0.117mm。期望棱镜的高度hp相较于第一透明部件30A的厚度Ha充分的小。第一透明部件30A的平板部分的厚度Ha以及第二透明部件30B的厚度Hb也可设为，例如，0.5mm以上2mm以下。

此外，第一透明部件30A和第二透明部件30B为，通过在两者之间以覆盖第一透明部件30A的棱镜34A的表面的方式介入的第三透明部件38相互固定。第一透明部件30A的棱镜34A，和棱镜34A的上面的第三透明部件38所构成的厚度h0(即，棱镜34A的底面到第二透明部件30B为止的距离)为，例如，可设为0.13mm。

这里，设置有棱镜的第一透明部件30A的平板部分的厚度Ha和相对的平板状的第二透明部件30B的厚度Hb的比例为，例如，可设定为2:1至1:2之间。如此，通过第一透明部件30A和第二透明部件30B的厚度设为不会有太大差异，可不易产生导光板的弯曲或者剥离。

或者，期望第二透明部件30B的厚度Hb，满足Ha-h0≦Hb≦Ha+h0的设定。此时，第二透明部件30B的厚度Hb为，与第一透明部件30A的平均厚度基本相同的厚度，如果平面的大小相等则第一透明部件30A的体积和第二透明部件30B的体积基本相同。并且，对公式Ha-h0≦Hb≦Ha+h0进行变形，可导出公式Hb-h0≦Ha≦Hb+h0。

按照如上所述，如果把第一透明部件30A和第一透明部件30B在同一成型模具中同时制作，以对称的流动从通道G向成型模具填充树脂，因此，相对通道G可生成对称的残余应变的分布。此外，如图5(b)所示，使第一透明部件30A以及第二透明部件30B中位于通道G侧的部分(通道部分)G’对齐，即，使第一透明部件30A的通道部分G’和第二透明部件30B的通道部分G’相接近，通过重叠配置第一透明部件30A和第二透明部件30B，可使残余应变的面内分布相适应。因此，如图5(c)所示，把第一透明部件30A和第二透明部件30B通过第三透明部件38(例如紫外线硬化树脂)贴合之后，即使存在热负荷，由于在第一透明部件30A和第二透明部件30B中所产生的热膨胀TE相等，可防止局部的产生不同的热应力。这样，可抑制发生导光板30的弯曲、变形等，或者部件剥离。此外，在导光板30的表面施加冲击或者施加应力的时候，由于第二透明部件30B具有充分的厚度，并且半反射膜36没有在导光板30表面附近，因此，可防止裂痕的发生和剥离。但是，第一透明部件30A和第二透明部件30B也可以不是同一种材料，只要使用热膨胀系数基本相同的材料，可防止热负荷导致的导光板的弯曲和变形，并不限定于如上所述的一体成型的方法。

接着，参照图6(a)至(c)说明关于设置在导光板30的棱镜34A的第一倾斜面S341的倾斜角度α。如图6(a)所示，从显示元件10(参照图1(a)、图2(a))的中央区域出射的光L1通过耦合结构32进入到导光板30的内部。并且，显示元件10的端部区域出射的光也通过耦合结构32入射到导光板30，但是这些光L2、L3，如图7(a)及(b)所示，相对于耦合结构32，以与来自中央区域的光L1不同的角度入射。首先，参照图6(a)至(c)说明关于来自显示元件10的中央区域的像素的虚像投影光L1的路径。

如图6(b)所示，入射到导光板30，重复全反射，主要沿X方向行进的光L1在棱镜34A的第一倾斜面S341上反射。被反射的光，通常沿导光板30的出光面S30的法线方向n出射。

这里，光L1沿出光面S30的法线方向n出射的时候，光L1相对于棱镜34A的第一倾斜面S341以入射角α(与第一倾斜面S341的倾斜角度α相同的角度)入射。此外，如图6(c)所示，以该入射角α入射的光是，在导光板30中沿相对于法线方向n仅偏离角度2α的方向行进的光，也是如图6(b)所示的在导光板30的下面被全反射得到的光。因此，作为在导光板30的内部重复全反射到达第一倾斜面S341，被反射后沿法线方向n出射的条件，必须满足θ_c≦2α＜90°。此处，θ_c表示导光板30的临界角，以临界角θ_c以上的入射角入射到导光板30的上面和下面的光被全反射。综上，棱镜的第一倾斜角α优选设定为满足θ_c/2≦α＜45°。

此外，如图7(a)及(b)所示，虚像显示装置100中，可在水平方向(导光板内的虚像投影光的传播方向：所述X方向)的视角±θ₀(即，以法线方向n为中心(0°)±θ₀的角度范围内)的出射范围内出射光。这里，从出光面以±θ₀的出射角出射的光L2、L3的导光板侧的入射角(折射角)为±θ‘₀，如图7(b)所示，光L2、L3是，相对于法线方向n仅以2α±θ‘₀不同角度的方向行进于导光板30的内部，并于具有倾斜角度α的反射面反射的光。因此，与上述同样，为了传播于导光板30的内部，并在倾斜角为α的倾斜面上反射的光以视角±θ₀出射，优选为θ_c≦2α±θ‘₀＜90°。即，满足θ_c+θ‘₀≦2α＜90-θ‘₀时，虚像投影光L2、L3适当的向视角±θ₀的方向出射。

并且，如果从显示元件10的中央区域出射的显示光被准直的方向为中心方向，从显示区域的端部(上端，下端，左端以及右端)像素出射的显示光被准直的方向与中心方向形成规定的角度。如图7(a)及(b)向偏离出光面的法线方向的方向出射的光，例如，可以为从显示元件10的端部像素出射的光。

图8(a)及(b)分别表示，包含导光板30下侧主面S1的第一透明部件30A的折射率n1、覆盖棱镜34A的第三透明部件38的折射率n3、包含导光板30的上侧主面S2的第二透明部件30B的折射率n2为基本相同时和不相同时的光的路径。

如图8(a)所示，形成有棱镜34A的第一透明部件30A和第三透明部件30B上的折射率基本相同，并且，它们的折射率和第二透明部件30B的折射率基本相同时，从耦合结构32导入导光板30的光，保持着反射角2α，重复全反射的传播于导光板30的内部。

此时，部分光透过设置于第一倾斜面S341的半反射膜36，进入到第三透明部件38及第二透明部件30B。但是，第二透明部件30B的外侧表面(导光板30的上侧主面S2)中，保持着相同的反射角2α被反射。因此，与未透过半反射膜36并被反射的光相同，可在传播于导光板30内部的过程中具有倾斜角度α的第一倾斜面S341中反射，并沿着出光面S30的法线方向n出射于导光板30。

另一方面，如图8(b)所示，形成有棱镜34A的第一透明部件30A的折射率，和覆盖棱镜34A的第三透明部件38或者第二透明部件30B的折射率不相同的时候，透过半反射膜36的光，以根据第一透明部件30A和第三透明部件38(或者第二透明部件30B)之间的相对折射率的角度折射。因此，透过半反射膜36的光，其反射角不能保持2α，以不相同的反射角2α‘反射并传播于导光板30的内部。因此，与未透过半反射膜36而被反射的光不同，透过半反射膜36的光，可从偏离出光面S30的法线方向n的方向出射。进一步，多次透过半反射膜36的光，被更不相同的反射角2α‘反射并传播于导光板30的内部，因此可以，以更偏离出光面S30的法线方向n的方向出射。如此，每次透过半反射膜36出射角度将会不同，结果，发生被观察的虚像变模糊使显示品质降低的问题。综上可知，构成棱镜34A的第一透明部件30A的折射率n1、和覆盖棱镜34A的第三透明部件38的折射率n3、和夹着第三透明部件38并相对于第一透明部件30A的第二透明部件30B的折射率n2相适应的话，可提高显示品质。

接着，参照图9(a)及(b)，将说明耦合结构32的形状。

如上所述，本实施方式中，耦合结构32具有三棱柱状的形状，并具有相对于出射光面S30倾斜的细长矩形形状的倾斜面(受光面)S32。对该倾斜面S32，来自显示元件10的光被投影透镜***20准直后入射。

此时，关于从显示元件10的中央区域出射的光，通过耦合结构32导入到导光板30的光，为了均匀地到达棱镜反射阵列34(参照图三等)的条件为，如图9(a)所示，作为水平方向的宽度具有2t·tan 2α以上宽度的光入射到受光部31。这里，t为导光板30的厚度。当导入宽度更窄的入射光时，导光板30的内部中可形成不传播光的区域，并且，可能会有棱镜反射阵列34上只有局部到达光的情况。此时，可能会得不到面内均匀的发射光。

这里，耦合结构32的受光面S32中的平行光束的宽度设为c’，具有该宽度c’的光，在导光板30的受光部31中，作为水平方向的宽度，具有c’(cos(γ)+sin(γ)tan(2α))。这里，γ是耦合结构32的受光面S32和导光板的下侧面所形成的角度。此时，为了便于得到面内均匀的反射光，期望c’(cos(γ)+sin(γ)tan(2α))在2t·tan2α以上。

此时，关于耦合结构32的受光面S32的宽度c，受光面S32的水平方向上的宽度c(cos(γ)+sin(γ)tan(2α))，优选为所述2t·tan2α以上。即，优选满足c(cos(γ)+sin(γ)tan(2α))≧2t·tan2α。满足该条件时，耦合结构32适当接收具有充分的宽度c’的平行光束，其行进不会受到阻碍，可均匀导入到棱镜反射阵列34的全体上。

如此，通过适当选择耦合结构的形状和大小，虚像投影光可在棱镜反射阵列34中均匀反射。这样，抑制从导光板30出来的虚像光发生不均匀，可实现高品质的虚像显示。

并，如图9(b)所示，考虑到虚像的水平方向的视角(±θ₀)，使用所述折射角±θ‘₀，受光面S32的宽度c及倾斜角γ优选为满足c(cos(γ)+sin(γ)tan(2α-θ‘₀))≧2t·tan(2α+θ‘₀)的条件。此时，抑制从导光板30出来的虚像光发生不均匀，可实现高品质的虚像显示。

并且，以上说明的耦合结构32的受光面S32的宽度c为，正交于受光面S32和出光面S30(X-Y平面)相交的线的方向规定的宽度，在X-Z平面(截面)中角度γ的方向上规定的受光面S32的尺寸。

接着，说明本实施方式的虚像显示装置100的制作方法。如图2(a)所示，虚像显示装置100具备显示元件10、投影透镜***20、导光板30，通过适当配置这些而制作。作为显示元件10及投影透镜***20，如上所述，可使用各种方式的设备。此外，显示元件10、投影透镜***20、导光板30，可根据其用途以公知的方法适当的配置，在此不会详细说明。以下将说明导光板30及耦合结构32的制作过程。

为了制作导光板30，首先，如使用图5(a)至(c)所说明，通过注塑成型同时制作第一透明部件30A和第二透明部件30B。此时，通过使用适当的成型模具，可在第一透明部件30A的表面形成棱镜阵列。并且，如后述的其他方式中第一透明部件30A及第二透明部件30B可通过冲压成型，棱镜阵列可通过制作板部件后切削而形成。

第一透明部件30A及第二透明部件30B，例如，可使用日本瑞翁(株)(日本ZEON)制造的“ZEONEX”制作。此时，第一透明部件30A及第二透明部件30B的折射率为1.535，热膨胀系数为60ppm/℃。但是，也可使用其他材料，可使用以丙烯酸树脂、聚碳酸酯为代表的透明树脂材料。

这里，参照图10(a)及(b)说明在具有棱镜34A的第一透明部件30A的表面上形成半反射膜36的过程。

如图10(a)所示，半反射膜36优选为，设置在棱镜34A的第一倾斜面S341(以及平行面S35)，但不设置在第二倾斜面S342上。因此，本实施方式中，通过斜角蒸镀等具有各向异性的沉积方法，在第一倾斜面S341及平行面S35上形成半反射膜36。本实施方式中，作为半反射膜36可使用，例如，厚度约为65nm的TiO₂膜。但并不限定于此，也可使用其他的电介质、金属材料(Al、Ag等)。斜角蒸镀中，不是从第一透明部件30A的法线方向进行蒸镀，而是从相对于第一倾斜面S341且未相对于第二倾斜面S342的倾斜方向(例如，第一倾斜面S341的法线方向)进行蒸镀。

此外，如图10(b)所示，半反射膜36通过掩模M蒸镀等，可仅设置具有比透明部件的外形尺寸小的宽度为x、y(例如，x＝26mm、y＝20mm)的矩形区域。具有宽度为x、y的矩形区域是形成有棱镜阵列的区域，该区域中形成棱镜反射阵列34。并且也可不使用掩模M，对第一透明部件30A的全体形成半反射膜36，此时，优选为在应形成棱镜反射阵列34的区域以外不设置棱镜阵列。

并且，本实施方式中，棱镜反射阵列34在第一透明部件30A的内侧表面具有包含凸状棱镜的构成，与此不同，即使第一透明部件30A或者第二透明部件30B的内侧表面中采用包含凹状棱镜的构成时，也可以根据上述相同的方法形成棱镜反射阵列34。关于这种设置凹状棱镜的方式，将在第二实施方式中后述。

之后，如上所述，在设置有半反射膜36的棱镜阵列上设置第三透明部件38。作为第三透明部件38的材料，可使用光(紫外线)固化树脂、热固性树脂、双组分环氧树脂等。本实施方式中说明使用紫外线固化树脂，更具体为使用大金工业(株)制造的“UV-4000”的情况。此时的第三透明部件38的折射率为1.541，热膨胀系数为109ppm/℃。

如上所述，作为第一透明部件30A及第二透明部件30B的材料使用“ZEONEX”、作为第三透明部件38的材料使用“UV-4000”的时候，折射率分别为1.535及1.541，这些折射率可视为基本相同，因此，可抑制在界面上根据光的折射产生的出射角度的不规律。此外，可避免从外界的光在界面上折射使风景看起来二重、三重。

第三透明部件38通过，将所述紫外线固化树脂覆盖第一透明部件30A的棱镜34A的表面赋予后，如图5(b)所示，使通道部分G’对齐第二透明部件30B配置，在第一透明部件30A和第二透明部件30B夹着所述树脂材料进行施压的状态下，进行树脂聚合固化而形成。

通过这种制作方法，可简单平坦化第一透明部件30A的棱镜34A的表面，制作出具备棱镜反射阵列34的导光板，可确保其生产性。此外，通过第三透明部件38固定第一透明部件30A和第二透明部件30B，因此其粘合性高，不容易发生导光板30的破裂、弯曲。

以下，参照图11(a)至(d)说明，设置在导光板30的端部的耦合结构32的各种变形例。

第一实施方式的虚像显示装置100中，作为耦合结构32使用了配置成面向投影透镜***20的三棱柱状的棱镜，但也可以是其他形态。例如，如图11(a)所示，其他形态的耦合结构32a也可以具有设置在投影透镜***20的相对侧(导光板30的上侧)的三棱柱状的透光性部件，和该透光性部件的斜面上设置的反射膜。

此外，如图11(b)所示，也可使用具有把如图11(a)所示的耦合结构32a拆分而构成的耦合结构32b，也可以是水平排列具有斜面(反射面)的三棱柱状的棱镜的形态。此外，如图11(c)所示的耦合结构32c，也可使用导光板30的下侧面上面对投影透镜***20配置的全息衍射光栅。此外，如图11(d)所示的耦合结构32d，也可使用设置在导光板30的上侧面的全息衍射光栅。

(第二实施方式)

图12(a)至(d)表示第二实施方式的虚像显示装置200的剖视图。本实施方式的虚像显示装置200和第一实施方式的虚像显示装置100的主要的不同点在于，如图12(b)及(c)所示，构成导光板30的第一以及第二透明部件30A、30B中，在观察者侧的相对侧的第二透明部件30B的内侧表面中，设置多个凹状棱镜34A(图12(d))。虚像显示装置200中，棱镜反射阵列34设置在第二透明部件30B的内侧表面。

此外，虚像显示装置200中，第三透明部件38被设置为填补设置在第二透明部件30B上的多个凹状棱镜34A，第三透明部件38的下面与第一透明部件30A的内侧表面接触。本实施方式中，第三透明部件38和第一透明部件30A之间的界面是与出光面S30平行的平面。

并且，虚像显示装置200中，与第一实施方式的虚像显示装置100相同的构成要素，赋予相同参照符号，省略了详细说明。

本实施方式中，第一透明部件30A及第二透明部件30B，通过由丙烯酸树脂制造的铸造板热冲压成型而制作。热冲压成型是指，在丙烯酸树脂等热可塑型树脂上按压高温加热的模具的转印模具形状的成型方法。

图13(a)表示，通过对丙烯酸树脂板进行热冲压成型形成第一透明部件30A和第二透明部件30B的示意图。如图所示，针对用于制作第二透明部件30B的丙烯酸树脂板，通过冲压对应如图12所示的凹状棱镜的具有凸构造的模具，可在表面形成如图12(d)所示的凹状棱镜34A。更具体为，第二透明部件30B是通过，对厚度为1mm的丙烯酸树脂的铸造板进行热冲压成型，形成棱镜排列后，以规定的大小(例如，X＝45mm、Y＝30mm)切出而获得。此外，第一透明部件30A通过，从厚度为1mm丙烯酸树脂的铸造板中，以规定的大小(例如，X＝45mm、Y＝30mm)切出而获得。

并且，本实施方式中，设置有棱镜的第二透明部件30B中除去棱镜深度的厚度为Ha，与其相对的平板状的第一透明部件30A的厚度为Hb，Ha和Hb的比例为，例如，可设定为2:1至1:2之间。如此，通过第一透明部件30A和第二透明部件30B的厚度设为不会有太大差异，可不易产生导光板的弯曲或者剥离。

或者，第二透明部件30B中棱镜和棱镜上的第三透明部件38所构成的厚度为h0时，期望设计为使Ha-h0≦Hb≦Ha+h0成立的尺寸。此时，第二透明部件30B的厚度Hb与第一透明部件30A的厚度基本相同。

这里，由于第一透明部件30A和第二透明部件30B是使用相同的丙烯酸树脂制造的铸造板形成的，因此，折射率和热膨胀系数相同。具体为，丙烯酸树脂的折射率为1.492，热膨胀系数为70ppm/℃。如此，由于具有相同的热膨胀系数，并且具有基本相同的厚度，如图13(b)所示，第一及第二透明部件30A、30B的热膨胀程度相同，可防止热负荷等引起的弯曲等的变形。

并且，第一透明部件30A和第二透明部件30B，也可使用丙烯酸树脂以外的聚碳酸酯等透明树脂材料制作。此外，并不限定于铸造板，也可使用挤塑板等。

作为半反射膜36可使用，例如，厚度约为65nm的TiO₂膜。但并不限定于此，也可使用其他电介质或金属材料(Al、Ag等)。本实施方式中，与第一实施方式相同，通过进行斜角蒸镀可形成，选择性覆盖凹状棱镜34A的第一倾斜面S341及平行面S35、未覆盖第二倾斜面S342的半反射膜36。

如此，表面上设置有棱镜反射阵列的第二透明部件30B和第一透明部件30A被贴合，它们之间设置有第三透明部件38。作为第三透明部件38的材料，可使用光(紫外线)固化树脂、热固化树脂、双组分环氧树脂等。本实施方式中说明使用紫外线固化树脂，更具体为使用大金工业(株)制造的“UV-3000”的情况。此时的第三透明部件38的折射率为1.498，热膨胀系数为62ppm/℃。

第三透明部件38是，例如，在第一及第二透明部件30A、30B之间加压填充所述树脂，通过聚合固化而形成。此外，耦合结构32也可另外制作之后，粘附在第一透明部件30A上即可。

如此，作为第一透明部件30A及第二透明部件30B的材料使用丙烯酸树脂板，作为第三透明部件38的材料使用“UV-3000”的时候，其折射率分别为1.492及1.498，这些折射率可视为基本相同，防止了界面中光的折射，提高了显示品质的同时，可良好的看到外界的风景。此外，其热膨胀系数分别为70ppm/℃和62ppm/℃，由于其数值相近不易产生热应力。并且，本说明书中，热膨胀系数的差别程度在10％以下的时候，视为这些基本相同。

通过这种制作方法，可简单平坦化第二透明部件30B的棱镜34A的表面，制作出具备棱镜反射阵列34的导光板，可确保其生产性。此外，通过第三透明部件38固定第一透明部件30A和第二透明部件30B，因此其粘合性高，不容易发生导光板30的破裂、弯曲。

并且，丙烯酸树脂制造的铸造板，由于其制作方法，相比注塑成型在内部的残余应变非常小。此外，形成有棱镜34A的第二透明部件30B的平均厚度(Ha+hp/2)和第一透明部件30A的厚度Hb基本一致，因此，有热负荷的时候，可使两者产生的热应力相适应(对称)。因此，将贴合第一及第二透明部件30A、30B而制作的导光板30中，可大大降低热负荷等引起的导光板的弯曲、变形。此外，即使导光板30的表面上施加冲击或有应力的时候，由于没有在半反射膜36的表面近处，可防止裂痕的发生或分离。

并且，第二实施方式的虚像显示装置200中，与第一实施方式相同，作为耦合结构32可使用参照图11(a)至(d)说明的，具有各种形态的光学部件。

(第三实施方式)

图14(a)表示，第三实施方式的虚像显示装置300的剖视图。本实施方式的虚像显示装置300和第二实施方式的虚像显示装置200的主要的不同点在于，如图14(b)及(d)所示，没有直接在第二透明部件30B的表面形成凹状棱镜，而是通过2p成型法(PhotoPolymerization Process)，使用设置在第二透明部件30B上的第四透明部件(透明成型部件)38B形成棱镜反射阵列34。

并且，虚像显示装置300中，与第一实施方式或者第二实施方式的虚像显示装置100、200相同的构成要素，赋予相同的参照符号，省略了详细的说明。

2p成型法中，例如，进行以下过程。首先，在表面上形成有转印型的压模上附上紫外线固化树脂材料。之后，从附上紫外线固化树脂材料的上方冲压透明基板进行压接。之后，穿过透明基板照射紫外线固化树脂，进行脱模过程。这样，可获得具备转印有转印模的透明树脂层的透明基板。

第二透明部件30B中，使用第四透明部件38B形成的棱镜阵列，可以为与第二实施方式相同的多个凹状棱镜34A(参照图14(d))所构成的棱镜阵列。本实施方式中，每一棱镜34A具有第一倾斜面S341和第二倾斜面S342，具有越是接近耦合结构32侧，则棱镜之间的宽度平行面S35更宽的的排列模式。

此外，针对通过第四透明部件38B所形成的棱镜阵列，与其他实施方式相同设置有半反射膜36。半反射膜36与第二实施方式相同，通过将棱镜34A的第一倾斜面S341和平行面S35选择性覆盖的斜角蒸镀等形成。作为半反射膜36可使用，例如，厚度约为65nm的TiO₂膜。但并不限定于此，也可使用其他电介质或者金属材料(Al、Ag等)。本实施方式中，与第一实施方式相同，通过进行斜角蒸镀可形成，选择性覆盖凹状棱镜34A的第一倾斜面S341及平行面S35、未覆盖第二倾斜面S342的半反射膜36。

本实施方式中，作为第一透明部件30A及第二透明部件30B使用玻璃基板(折射率1.52、热膨胀系数8.5ppm/℃)此外，作为第四透明部件38B使用ThreeBond社制造的紫外线固化树脂“TB3078B”(折射率1.51、热膨胀系数75～135ppm/℃)。但是，作为第一透明部件30A及第二透明部件30B可使用透明树脂。

作为第二透明部件30B，例如，使用厚度为1mm的玻璃板，通过2p成型，在第二透明部件30B上聚合固化连接于转印模状态的紫外线固化树脂“TB3078B”而形成棱镜阵列，进一步，通过以规定的大小(例如，X＝45mm、Y＝30mm)切出，获得设置有树脂(第四透明部件38B)形成的棱镜的第二透明部件30B。此外，第一透明部件30A是，把在相同厚度的1mm的玻璃板以规定大小(例如，X＝45mm、Y＝30mm)切出而获得。

如此，使用第四透明部件38B贴合设置有棱镜反射阵列34的第二透明部件30B和第一透明部件30A，其间设置有第三透明部件38A。作为第三透明部件38A的材料，可使用光(紫外线)固化树脂、热固化树脂、双组分环氧树脂等。本实施方式中作为第三透明部件38A的材料，可使用与第四透明部件相同的紫外线固化树脂“TB3078B”。

第三透明部件38A是在第一透明部件30A和第四透明部件38B之间加压填充所述树脂，通过聚合固化而形成。此外，耦合结构32也可另外制作之后，粘附在第一透明部件30A上即可。

并且，本实施方式中，设置有棱镜的第二透明部件30B的厚度为Ha，与其相对的第一透明部件30A的厚度为Hb，Ha和Hb的比例为，例如，可设定为2:1至1:2之间。如此，通过第一透明部件30A和第二透明部件30B的厚度设为不会有太大差异，可不易产生导光板的弯曲或者剥离。

或者，第二透明部件30B中形成棱镜的第四透明部件38B和第三透明部件38A所构成的厚度为h0时，优选设计为使Ha-h0≦Hb≦Ha+h0成立的尺寸。此时，第二透明部件30B的厚度与第一透明部件30A的厚度基本相同。

如上所述，作为第一透明部件30A及第二透明部件30B使用玻璃板，玻璃板由于其特性和制作方法，在内部的残余应变非常小，因此，可提高形状安定性。此外，通过使第一透明部件30A和第二透明部件30B的厚度相等，如图15所示，有热负荷的时候，可使两者产生的热应力相适应(对称)。进一步，通过使用与第四透明部件38B相同的材料形成第三透明材料38A，可是两者的物性一致。这样，贴合第一透明部件30A和第二透明部件30B的时候，可有效降低热负荷等引起的弯曲的发生等。此外，防止了界面中光的折射，提高了显示品质的同时，可良好的看到外界的风景。

通过这种制作方法，可制作出使用第三透明部件38A简单平坦化在第二透明部件30B上、由第四透明部件38B形成的棱镜34A的表面，并具备棱镜反射阵列34的导光板30，可担保其生产性。此外，通过第三透明部件38A固定着第一透明部件30A和第二透明部件30B，因此，其粘合性高，不容易发生导光板30的破裂、弯曲。

并且，第三实施方式的虚像显示装置300中，与第一实施方式及第二实施方式相同，作为耦合结构32可使用参照图11(a)至(d)说明的，具有各种形态的光学部件。

以上，说明了第一实施方式至第三实施方式，但可以进行种种的改进。例如，导光板30的出光面S30没有必要必须为平面，例如，可以为凹曲面(球面或非球面)。

本说明书中公开了以下项目记载的导光板及虚像显示装置。

(项目一)

导光板被构成为从显示元件出射的光传播于内部，传播于所述内部的光的至少一部分通过多个反射结构反射，并所述多个反射结构的每一个具有相对出光面倾斜的反射面，导光板具备第一透明部件、和第二透明部件、和配置在所述第一透明部件和所述第二透明部件之间的第三透明部件，所述多个反射结构设置在与所述第三透明部件紧挨着的位置上。

根据项目一的导光板，可提供不易产生弯曲等变形的反射膜的破损的导光板。

(项目二)

项目一中所记载的导光板，所述第三透明部件的两个主面中一面被形成为，包含与所述多个反射结构的反射面相匹配的，且相对所述出光面倾斜的多个倾斜面，所述第三透明部件的另一面，由与所述出光面平行的平面形成。

根据项目二的导光板，可获得良好的生产稳定性的导光板。

(项目三)

项目一或者项目二中所记载的导光板，使用玻璃板或者透明树脂板形成所述第一透明部件及所述第二透明部件，使用与所述第一透明部件或所述第二透明部件的表面相接触地赋予的固化树脂材料形成所述第三透明部件。

根据项目三的导光板，由于导光板的表面的强度比较高，可不易产生破损等。

(项目四)

项目一至项目三中所记载的任意导光板，所述第一透明部件的平板部分的厚度和所述第二透明部件的平板部分的厚度的比例在2:1到1:2的范围内。

根据项目四的导光板，由于第一及第二透明部件的厚度没有太大差异，即使有热负荷的时候可抑制弯曲等的变形或者发生部件的剥离。

(项目五)

项目一至项目四中所记载的任意导光板，所述第一透明部件的热膨胀系数和所述第二透明部件的热膨胀系数基本相同。

根据项目五的导光板，即使有热负荷的时候可抑制弯曲等的变形或者发生部件的剥离。

(项目六)

项目一至项目五中所记载的任意导光板，所述第一透明部件的热膨胀系数和所述第三透明部件的热膨胀系数基本相同。

根据项目六的导光板，即使有热负荷的时候可抑制弯曲等的变形或者发生部件的剥离。

(项目七)

项目一至项目六中所记载的任意导光板，所述第一透明部件及所述第二透明部件都通过注塑成型而形成，被配置为所述注塑成型中所述第一透明部件的通道部分和所述第二透明部件的通道部分相接近。

根据项目七的导光板，可抑制弯曲等的变形或者发生部件的剥离。

(项目八)

项目一至项目七中所记载的任意导光板，所述反射结构包含所述第一透明部件或者所述第二透明部件上形成的凹状或者凸状的多个棱镜结构，所述第三透明部件被设置为覆盖所述多个棱镜结构、使所述多个棱镜结构的表面平坦化。

根据项目八的导光板，可抑制导光板的变形或者破损，并可适当的显示虚像显示光。

(项目九)

项目八中所记载的导光板，所述第一透明部件及所述第二透明部件中一侧被形成有所述多个棱镜结构的透明部件中，除所述多个棱镜结构以外的厚度为Ha，其他透明部件的厚度为Hb，所述凹状或者凸状的多个棱镜结构和所述棱镜结构上的所述第三透明部件所构成的厚度为h0时，满足Ha-h0≦Hb≦Ha+h0。

根据项目九的导光板，可适当抑制导光板的变形或者破损。

(项目十)

项目一至项目七中所记载的任意导光板，所述多个反射结构包含形成在所述第三透明部件的凹状或者凸状的多个棱镜结构。

根据项目十的导光板，可利用2p成型法适当的制作导光板。

(项目十一)

项目十中所记载的导光板，所述第三透明部件与所述第一透明部件相邻，进一步具备设置在所述第三透明部件和所述第二透明部件之间，并覆盖所述多个棱镜结构、以形成所述多个棱镜结构的表面的第四透明部件。

根据项目十一的导光板，可利用2p成型法适当的制作导光板。

(项目十二)

虚像显示装置具备项目一至项目十一中所记载的任意导光板、所述显示元件、固定在所述导光板上，接收从所述显示元件出射的虚像投影光的耦合结构。

根据项目十二的虚像显示装置，作为虚像可适当并稳定的显示显示元件上形成的图像。

(项目十三)

项目十二中所记载的虚像显示装置，所述多个反射结构具有的反射面被形成为反射部分光并且透过部分光的透视型虚像显示装置。

根据项目十三的虚像显示装置，把显示元件上形成的图像作为虚像，与外界风景重叠后适当并稳定的显示。

(项目十四)

项目一至项目十一中所记载的任意导光板，所述多个反射结构配置为反射从导光板的受光部入射的、以内部为主沿第一方向传播的光，从所述出光面的法线方向看时，在所述第一方向中，每一单位面积中所述倾斜的反射面的面积比例，对应离所述受光部的距离不同。

(项目十五)

项目十四中所记载的导光板，离所述受光部的距离越近的区域中所述倾斜的反射面的面积比例，小于离所述受光部的距离越远的区域中所述倾斜的反射面的面积比例。

(项目十六)

项目十四或项目十五中所记载的导光板，所述多个反射结构的每一个，所述反射面设置在所述棱镜结构的一面，从所述出光面的法线方向看，每一单位面积中所述棱镜结构的存在比例，随着沿所述第一方向远离所述受光部而增加。

(项目十七)

项目十六中所记载的导光板，包含所述多个反射结构的所述棱镜结构的排列中，相邻的棱镜结构之间配置有与出光面基本平行的平行面，所述平行面的宽度在接近所述受光部的第一位置上比较宽，在远离所述受光部的第二位置上比较窄。

(项目十八)

项目十七中所记载的导光板，离所述受光部比所述第二位置还要远的第三位置中，所述棱镜结构之间未配置有所示平行面，相邻的棱镜结构相接触。

工业实用性

根据本发明的实施方式的导光板可适时地使用在HMD、HUD等虚像显示装置。

标号说明

10 显示元件

20 投影透镜***

30 导光板

30A 第一透明部件

30B 第二透明部件

31 受光部

32 耦合结构

34 棱镜反射阵列

34A 棱镜

36 半反射膜

38、38A 第三透明部件

38B 第四透明部件

S1 下侧主面

S2 上侧主面

S30 光出射面

S32 受光面

S341 第一倾斜面

S342 第二倾斜面

S35 平行面

100、200、300 虚像显示装置

Claims

1.一种导光板，被构成为从显示元件出射的光传播于内部，传播于所述内部的光的至少一部分通过多个反射结构反射，且所述多个反射结构的每一个具有相对出光面倾斜的反射面，其特征在于，

所述导光板具备第一透明部件、和第二透明部件、和配置在所述第一透明部件和所述第二透明部件之间的第三透明部件，

所述多个反射结构设置在与所述第三透明部件紧挨着的位置上。

2.如权利要求1所记载的导光板，其特征在于，所述第三透明部件的两个主面中一面被形成为包含，与所述多个反射结构的反射面相匹配的，且相对所述出光面倾斜的多个倾斜面，

所述第三透明部件的另一面，由与所述出光面平行的平面形成。

3.如权利要求1或2所记载的导光板，其特征在于，使用玻璃板或者透明树脂板形成所述第一透明部件及所述第二透明部件，使用与所述第一透明部件或所述第二透明部件的表面相接触地赋予的固化树脂材料形成所述第三透明部件。

4.如权利要求1至3中任意一项所记载的导光板，其特征在于，所述第一透明部件的平板部分的厚度和所述第二透明部件的平板部分的厚度的比例在2:1到1:2的范围内。

5.如权利要求1至4中任意一项所记载的导光板，其特征在于，所述第一透明部件的热膨胀系数和所述第二透明部件的的热膨胀系数基本相同。

6.如权利要求1至5中任意一项所记载的导光板，其特征在于，所述第一透明部件的热膨胀系数和所述第三透明部件的热膨胀系数基本相同。

7.如权利要求1至6中任意一项所记载的导光板，其特征在于，所述第一透明部件及所述第二透明部件都通过注塑成型而形成，被配置为所述注塑成型中所述第一透明部件的通道部分和所述第二透明部件的通道部分相接近。

8.如权利要求1至7中任意一项所记载的导光板，其特征在于，所述反射结构包含所述第一透明部件或者所述第二透明部件上形成的凹状或者凸状的多个棱镜结构，所述第三透明部件被设置为覆盖所述多个棱镜结构，并使所述多个棱镜结构的表面平坦化。

9.如权利要求8所记载的导光板，其特征在于，所述第一透明部件及所述第二透明部件中一侧被形成有所述多个棱镜结构的透明部件中，除所述多个棱镜结构以外的厚度为Ha，其他透明部件的厚度为Hb，所述凹状或者凸状的多个棱镜结构和所述棱镜结构上的所述第三透明部件所构成的厚度为h0时，满足Ha-h0≦Hb≦Ha+h0。

10.如权利要求1至7中任意一项所记载的导光板，其特征在于，所述多个反射结构包含形成在所述第三透明部件的凹状或者凸状的多个棱镜结构。

11.如权利要求10所记载的导光板，其特征在于，所述第三透明部件与所述第一透明部件相邻，进一步具备设置在所述第三透明部件和所述第二透明部件之间，并覆盖所述多个棱镜结构，以形成所述多个棱镜结构的表面的第四透明部件。

12.一种虚像显示装置，其特征在于，具备权利要求1至11中任意一项所记载的导光板、所述显示元件、固定在所述导光板，接收从所述显示元件出射的虚像投影光的耦合结构。

13.如权利要求12所记载的虚像显示装置，其特征在于，所述多个反射结构具有的反射面被形成为，反射部分光并且透过部分光的透视型虚像显示装置。