JP6660008B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、導光板を備えた表示装置に関する。

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。

特表２０１１−５０９４１７号公報

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。

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。

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。

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。 実施形態の導光板２０の詳細を説明する図である。 実施形態の導光板２０の製造方法を説明する図である。 実施形態の導光板２０の製造方法を説明する図である。 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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

（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。

（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。

（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。

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

Claims (2)

1. 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。
2. 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。

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