TW202127107A - 圖像顯示元件、圖像顯示裝置及圖像顯示方法 - Google Patents

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Abstract

本發明之課題在於將塑膠用於導光板，且令使用者視認到之圖像資訊之亮度提高。 本發明之圖像顯示元件具備：樹脂製之基板；入射繞射光柵，其將入射之光繞射；及出射繞射光柵，其出射光；且於基板之第1面形成入射繞射光柵；於基板之與第1面為相反側之第2面形成出射繞射光柵；出射繞射光柵形成於一個面。

Description

圖像顯示元件、圖像顯示裝置及圖像顯示方法
本發明係關於一種組合有導光板與繞射元件之技術，尤其是關於一種小型、輕量且可實現擴增實境之顯示之圖像顯示技術。
於擴增實境之圖像顯示裝置中，使用者不僅能夠觀察到經投影之影像，亦能夠同時對周圍進行觀察。經投影之影像可能與由使用者感知到之現實世界重疊。作為該等顯示器之用途，可舉出視訊遊戲、及如眼鏡之可佩戴裝置等。使用者藉由佩戴半透明之導光板與投影機成為一體之眼鏡或護目鏡狀圖像顯示裝置，而可視認與現實世界重疊地自投影機供給之圖像。
針對此圖像顯示裝置之一，存在「專利文獻1」～「專利文獻3」所記載者。於該等專利文獻中，導光板包含形成於玻璃製基板之複數個凹凸形狀之繞射光柵。自投影機出射之光線藉由入射用之繞射光柵嚮導光板結合，一面進行全反射一面於導光板內部傳遞。光線一面進一步藉由其他之繞射光柵轉換為經複製之複數條光線，一面於導光板內進行全反射傳遞，並最終自導光板出射。出射之光線之一部分經由使用者之瞳孔而成像於視網膜，被視認為與現實世界之圖像重疊之擴增實境圖像。
於使用此凹凸型繞射光柵之導光板中，自投影機出射之光線之波數向量K於導光板中折射，且根據斯涅爾定律，波數向量成為K0。進而，藉由入射用之繞射光柵，轉換為可於導光板內部進行全反射傳遞之波數向量K1。藉由設置於導光板之另一個或複數個繞射光柵，接受繞射作用，如K2、K3、…般，每當重複進行繞射時，波數向量便發生變化。
若將最終於導光板出射之光線之波數向量設為K’，則|K’|=|K|，於投影機介隔著導光板位於與眼睛為相反側之情形下，K’=K。另一方面，於投影機介隔著導光板位於與眼睛為相反側之情形下，關於波數向量，導光板成為與反射鏡相同之作用，將導光板之法線向量區取作z方向，對波數向量之x、y、z成分進行比較，可表示為Kx’=Kx，Ky’=Ky，Kz’=-Kz。
導光板之功能係一面將自投影機出射之光線複製為複數條一面進行導波，使出射之複數條光線作為與原始圖像等效之圖像資訊由使用者辨識到。此時，經複製之光線群一面具有與自投影機出射之具有映像資訊之光線等效之波數向量，一面具有空間擴展性。經複製之光線群中一部分進入瞳孔，藉由與外界之資訊一起成像於視網膜而被視認出，可對使用者提供添加外界資訊之擴增實境之資訊。
具有映像資訊之光線根據其波長，而波數向量之大小不同。由於凹凸型繞射光柵具有一定之波數向量，故根據入射之光線之波長，而經繞射之波數向量K1不同，以不同之角度於導光板內傳遞。構成導光板之玻璃基板之折射率相對於波長大致一定，一面進行全反射一面進行導光之條件之範圍根據入射之光線之波長而不同。因而，為了令使用者辨識到廣視野角之圖像，而必須重疊複數片就每一波長不同之導光板。一般而言，認為導光板之數目適宜為對應於紅色光(R)、綠色光(G)、藍色光(B)各者之片數，或2片至4片左右，±1片。
「專利文獻1」所記載之圖像顯示裝置係用於在二維內將輸入光放大之圖像顯示裝置，具備3個直線狀繞射光柵。1個為入射用繞射光柵，其他2個出射用繞射光柵代表性地與導光板之表面及背面相互重疊地配置，發揮複製用與出射用繞射光柵之功能。又，於「專利文獻1」中，曾記載藉由圓柱狀之光子晶體之週期構造，而將出射用繞射光柵形成於1面之例。
「專利文獻2」所記載之圖像顯示裝置曾揭示，為了解決由「專利文獻1」之光子晶體投影之像於視野中央部亮度較高之問題，而由複數個直線狀之側面構成光學性構造之形狀之技術。
於「專利文獻3」、「專利文獻4」所記載之圖像顯示裝置中，兼具入射繞射光柵、偏向用繞射光柵、及出射繞射光柵之3個繞射光柵於導光板內區域不重疊地配置。於「專利文獻3」中，為了提高入射繞射光柵之繞射效率，而曾揭示懸於上方之三角形狀之繞射光柵。
於「專利文獻5」與「專利文獻6」中，曾揭示作為形成於導光板之繞射光柵，使用入射用與出射用之2個反射型體積全像攝影之技術。於其等中，反射型體積全像攝影係於空間內多重地形成對應於複數個波長之繞射光柵者，與「專利文獻1」～「專利文獻3」之凹凸型繞射光柵不同，使複數個波長之光線以相同之角度繞射。因而，可以1片導光板令使用者辨識到RGB圖像。另一方面，相對於在凹凸型繞射光柵內，由於將光線在導光板內於二維方向複製，而可能獲得較廣之視野角，而反射型體積全像攝影由於僅提供一維複製之功能，而有視野角相對狹小之特徵。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特表2017-528739號公報 [專利文獻2]WO 2018/178626A1 [專利文獻3]WO 2016/130342A1 [專利文獻4]WO 99/52002A1 [專利文獻5]日本特開2007-94175號公報 [專利文獻6]日本特開2013-200467號公報
[發明所欲解決之問題]
以下，作為導光板之導光板，針對具有凹凸型繞射光柵，進行說明。又，為易於理解，而省略因眼睛之透鏡作用所致之圖像之反轉、及將投影至視網膜之影像以腦予以處理並進一步反轉而認知到之效果，針對自相對於導光板配置於與眼睛相同之側之映像光源投影至前方之螢幕之投影像，討論像素位置與亮度之關係。實際上視認到之像成為相對於其上下反轉者。
於「專利文獻1」中，關於導光板之基板材料，如其圖15A所說明般，曾揭示使用玻璃材料之技術。關於繞射光柵，如其0017項般，曾揭示對波導(=玻璃板)表面藉由蝕刻進行加工而形成之技術。又，於「專利文獻1」中，如其0039項般，曾揭示使用光子晶體形成顯示較波導更高之折射率之圓柱構造而作為光柵之技術。於將「專利文獻1」之圓柱狀之光子晶體如後述般以射出成型法等形成於導光板表面之情形下，圓柱之折射率與波導(或基板)相等。此情形下，若圓柱之直徑與高度之比即縱橫比大於2左右以上，則投影像之亮度不充分。
對「專利文獻2」所記載之投影像中央部成為高亮度之狀況予以改善之光子晶體，為了解決由直線狀而非圓柱狀之光子晶體投影之像於視野中央部亮度較高之問題，而以複數個直線狀之側面構成光學性構造之形狀。於「專利文獻2」中，如其第1頁第34行或第2頁第8行般，為改善中央部之條帶狀之高亮度部分者。此外，「專利文獻2」中所引用之WO2016/020643之內容與「專利文獻1」相同。於圖等中未明示性地揭示於「專利文獻2」中視為問題之中央部之條帶狀之高亮度部分。
「專利文獻3」之圖5C所揭示之入射繞射光柵之剖面形狀具有懸於上方之三角形狀之剖面，可將自圖中上方向(空氣側)入射之映像光線高效率地朝經陰影化之導光板之內部耦合。
一般而言，於圖像顯示元件中，具有映像資訊之光線以具有藉由設置於導光板內之入射繞射光柵可於導光板內進行全反射導光之波數之方式耦合，且於導光板內傳播。與出射繞射光柵交叉之光線之一部分經繞射，具有與原始映像光線等效之波數且自導光板出射。對使用者提供之映像資訊具有相應於原始映像資訊之像素位置之進行角資訊、亦即波數。1個像素之映像資訊為了自導光板出射並到達使用者之瞳孔，而必須從由進行角、導光板與使用者之瞳孔之間之距離、及使用者之瞳孔之大小決定之導光板內之特定之位置出射。
如前述般，由於在導光板內，光線經複製且於空間上擴展而出射，故由使用者視認到之光線係空間擴展性越大則越變少，視認到之亮度越變小。另一方面，由於由使用者視認到之出射位置根據原始映像資訊之像素位置而變化，故於使用導光板之圖像顯示裝置中，亮度不可避免地因像素位置而變化。
於先前技術中，針對導光板之製作適宜利用直接蝕刻玻璃基板之方法、或適於高縱橫比之圖案形成之奈米壓模法等。於「專利文獻1」與基於其之「專利文獻2」之光子晶體中，於基板與光子晶體之折射率相同之情形下，底面之直徑等之代表性長度與其高度之比即縱橫比必須設為2左右以上。
此處，於如「專利文獻1」等所揭示般將玻璃用於導光板之情形下，於加工之成本與使用者佩戴時之重量上存在問題。因而，藉由將塑膠用於導光板，而可解決該問題。此外，於本說明書等中，「樹脂」與「塑膠」之用語以同義使用。塑膠意指包含高分子化合物之材料，係不包含玻璃，而包含樹脂、聚碳酸酯、丙烯酸系樹脂、光固化樹脂之概念。
於將塑膠用於導光板之情形下，可以作為光碟媒體之製造方法而具有實際效果之射出成型技術等形成繞射光柵。由於以射出成型技術等形成之表面凹凸圖案之縱橫比不超過1，故於欲獲得2以上之縱橫比之情形下，圖案轉印之精度降低而難以運用。此係由熔融之聚碳酸酯樹脂、丙烯酸系樹脂、聚烯烴樹脂等之黏性較高，樹脂不會高進度地進入以奈米週期構成之高縱橫比之凹凸之本質性製造方法之原理引起之問題。又，「專利文獻3」之入射繞射光柵由於利用懸於上方之三角形狀之繞射光柵，故於射出成型技術等中母模(壓模)與導光板無法剝離，故而無法應用。
又，由於與先前之玻璃製之導光板比較，塑膠製之導光板之機械強度(楊氏模數)較小，故因環境溫度或氣壓所致之變形變大。針對細節於後文描述，為了降低對變形之圖像資訊之影響，而有效的是採用如隔著導光板而使用者與映像源位於相反側之透過型光學構成。因而，較理想為於透過型光學構成中亦可避免使用者視認到之圖像資訊之亮度降低之構成。
如此，為了將塑膠製之導光板應用於圖像顯示元件，而需要考量製造方法及圖像資訊之亮度之構成。因而，本發明之課題將塑膠用於導光板，且令使用者視認到之圖像資訊之亮度提高。 [解決問題之技術手段]
本發明之較佳之一態樣之圖像顯示元件具備：樹脂製之基板；入射繞射光柵，其將入射之光繞射；及出射繞射光柵，其出射光；且於基板之第1面形成入射繞射光柵；於基板之與第1面為相反側之第2面形成出射繞射光柵；出射繞射光柵形成於一個面。
本發明之較佳之另一態樣圖像顯示裝置係搭載有上述之圖像顯示元件者，其構成為自基板之第2面側入射映像光，自基板之第1面側能夠視認映像光。
本發明之較佳之又一態樣之映像顯示方法係使用圖像顯示元件者，該圖像顯示元件具備：樹脂製之基板；入射繞射光柵，其形成於基板之第1面；出射繞射光柵，其形成於基板之與第1面為相反側之第2面；且出射繞射光柵形成於一個面。於該方法中，藉由將映像光朝入射繞射光柵入射，使於入射繞射光柵反射繞射之映像光於基板內傳遞，且使於出射繞射光柵將映像光反射繞射並自第1面出射之映像光由使用者視認，而顯示圖像。 [發明之效果]
本發明能夠將塑膠用於導光板，且令使用者視認到之圖像資訊之亮度提高。
以下，參照圖式說明本發明之實施形態。惟，本發明並非係限定於以下所示之實施形態之記載內容而解釋者。於不脫離本發明之思想乃至旨趣之範圍內，只要係本領域技術人員容易理解可變更其具體的構成。
於以下說明之發明之構成中，有對同一部分或具有同樣之功能之部分，於不同之圖式間共通地使用同一符號，且重複之說明省略之情形。
於存在複數個同一或具有同樣之功能之要素之情形下，有對同一符號賦予不同之下標而進行說明之情形。惟，於無須區別複數個要素之情形下，有省略下標而進行說明之情形。
本說明書等之「第1」、「第2」、「第3」等之記述係為了對構成要素予以辨識而賦予者，未必係限定數目、順序、或其內容者。又，用於構成要素之辨識之編號就每一文脈而使用，於一個文脈中使用之編號於其他之文脈中未必限定為表示同一構成。又，並非係妨礙以某一編號辨識出之構成要素兼具以其他之編號辨識出之構成要素之功能者。
圖式等中所示之各構成之位置、大小、形狀、範圍等為了易於理解發明，而有不表示實際之位置、大小、形狀、範圍等之情形。因而，本發明未必限定於圖式等所揭示之位置、大小、形狀、範圍等。
本說明書中引用之刊物、專利及專利申請案直接構成本說明書之說明之一部分。
於本說明書中以單數形式表示之構成要素只要文脈中無特別明示，則設為包含複數形式者。
於以下說明之實施例中，當應用塑膠製之導光板時，於與入射繞射光柵為相反側之面形成出射繞射光柵。根據該構成，由於向使用者眼睛之方向之繞射可使用效率較高之反射繞射，故圖像資訊之亮度提高。
圖1係顯示於導光板內部傳遞之光線因出射繞射光柵之作用而朝外部出射之狀況之示意圖。圖中，分別而言，100表示導光板，102表示出射繞射光柵，於內部傳遞之光線之波數向量以kprop 表示，藉由反射繞射而出射之光線之波數向量以kR 表示，藉由透過繞射而出射之光線之波數向量以kT 表示，出射繞射光柵之波數向量以K表示。此外，雖然於圖1中，作為出射繞射光柵102，例示矩形型，但未必限定於此。於矩形型繞射光柵中，存在繞射效率成為對稱之效果。
根據繞射之原理，藉由使K對於傳播之光線kprop 作用，而獲得波數向量kR 及kT 。因而，kR 與kT 成為僅圖中之z方向之向量成分之符號反轉者。因而，使用者無論觀察到反射繞射與透過繞射之哪一光線，均可視認到映像資訊。惟，由於兩者成為相對於x、y方向反轉之像，故必須於未圖示之映像源中，根據需要預先進行像之反轉處理。
若將出射繞射光柵102之構造週期設為P，則波數向量K之大小成為2π/P。若將出射繞射光柵102之凸部之寬度設為w，將高度設為h，則縱橫比以h/w表示。於藉由射出成型法等而製作之導光板100之情形下，若縱橫比h/w大致超過1，則難以實現良好之成型。此情形下，反射繞射效率大於透過繞射效率。於導光板100之內部傳遞之光線向出射繞射光柵102之入射角θ成為40～80度左右。
被轉印至導光板100之表面之凹凸圖案之縱橫比越小，則於射出成型法等具有實際效果之塑膠成型技術中越容易形成。因而，於本實施例之較佳之形態中，作為出射繞射光柵102，曾提案二維之網目狀之圖案之繞射光柵。藉此，被轉印至導光板之表面之凹凸圖案之縱橫比成為1以下，可提供適於使用射出成型法等塑膠成型技術之導光板100。
專利文獻1所記載之光子晶體及繞射光柵係藉由表面凹凸而對入射光於空間上影響相位調變者。相位調變之大小與表面構造與空氣之折射率之差及表面凹凸之高度呈比例地變大。
圖2係示意性顯示出射繞射光柵之波數者。於圖2(a)、圖2(b)中分別顯示具有對於Y軸具有±60度之方位角之波數K1、K2之繞射光柵之相位函數，各者具有正弦波狀之相位分佈。相位調變量被規格化為1。若將其等合成，則獲得圖2(c)。專利文獻1之光子晶體可謂將其近似於柱等，且以高折射率之材料形成於導光板之表面者。如於圖2(c)觀察到般，K1+K2之相位調變量之最大值成為2，若以孤立之圓柱等將其近似，則與圖2(a)、圖2(b)之單一之正弦波繞射光柵比較，需要2倍之高度(縱橫比)。
圖3係實施例之網目狀之出射繞射光柵102之一例。由於與圖2(c)比較，並非為正弦波構造，故若進行傅立葉變換，將具有高次之波數成分，但於作為導光板而利用之情形下，藉由適切地選擇週期，則可使2次以上之波數成分相對於入射光無法繞射(波數為虛數)。其結果，網目狀之繞射光柵係將±60度之矩形繞射光柵重合而成者，與圓柱等比較，由於不具有基本波K1、K2之方向以外之波數成分，故繞射效率可較高。因而，可提供減小縱橫比之二維之出射繞射光柵。
如後文所說明般，關於本實施例之入射繞射光柵，藉由設為反射型繞射光柵，而非「專利文獻3」之透過型繞射光柵，而針對折射，利用偏向作用較大之反射，藉此可有助於低縱橫比化。
藉此，可提供減小縱橫比之繞射光柵，可以射出成型法等塑膠成型技術實現，可提供安全、輕量且圖像亮度較高之導光板。
此外，於本說明書之說明中，於將光軸方向取作Z軸，將XY面取作導光板之表面之座標系中進行說明。又，若令使用者之瞳孔近似於圓形，則相應於像素位置，由使用者視認到之導光板內之出射位置亦成為圓形。以下，將其稱為出射圓。
圖4係用於說明出射圓之示意圖。此處，顯示用於形成圖像之光源即投影機300與使用者之瞳孔400相對於導光板100配置於相反側之情形。入射繞射光柵101之波數向量朝向y方向，圖4中之箭頭表示x-z面內之光線。此處，入射繞射光柵101不具有x方向之波數向量成分。
由使用者之瞳孔400視認到之映像光線中之與視野(顯示像)之中央對應之光線301如圖所示般，於x-z面內直進並到達使用者之瞳孔400。雖然導光板100之作用即向y方向之繞射並未明示地表現，但於入射繞射光柵101與出射繞射光柵102至少各繞射一次。
另一方面，由使用者之瞳孔400視認到之映像光線中之與視野(顯示像)周邊對應之光線302於無向x方向之繞射之情形下，於圖中向右側之方向行進。另一方面，為了令使用者將該光線視認為投影像，而圖中，相同之角度之光線必須經由以視認到之光線304表示之路徑，到達使用者之瞳孔400。出射圓303位於出射繞射光柵102上，係將使用者之瞳孔400於視認到之光線之方向上平行移動之假想性圓。僅自出射繞射光柵102上之出射圓303出射之光線304由使用者辨識為投影像，其以外之光線未被辨識到。如此，出射繞射光柵102需要x方向之繞射作用。
圖5係使用後述之模擬方法計算之於導光板100內部傳播之光線之強度分佈。此處，需注意於導光板之包含繞射光柵之面內x-y面顯示強度分佈。圖中，入射繞射光柵101配置於上側，於其下配置相當於使用者之眼睛之瞳孔400。圖5(a)為像素位置為經投影之像之中央之情形，顯示像之中央之光線之強度分佈。圖中之出射圓表示到達瞳孔之光線於出射繞射光柵102上最後繞射到之區域。自入射繞射光柵101朝向y方向之直線上之亮度較高之區域表示於入射繞射光柵101繞射且於導光板100內部傳遞之主要之光線群(以下為主光線群)。如於圖觀察到般，具有藉由主光線群之傳遞，而強度逐漸衰減之特性。朝主光線群之周邊擴展之亮度較低之光線群係藉由出射繞射光柵102繞射，而於x-y面內行進方向經偏向之光線群。於該條件下，由於經投影之光線位於z軸方向，故判定為於x-y面內，出射圓與瞳孔一致。因而，到達瞳孔且被辨識為圖像的是強度較強之主光線群之一部分。
圖5(b)為投影像之右上角之像素位置之情形，顯示像之周邊之光線之強度分佈。如於圖觀察到般，主光線群自入射繞射光柵101朝向右下方向行進。雖然瞳孔之位置為一定，但出射圓由於位於朝向瞳孔朝右上行進之光線群之出射位置，故於x-y面內相對於瞳朝左下偏移。此情形下，由於出射圓位於遠離主光線群之位置，故到達瞳孔且被視認為圖像之光線群與上圖之情形比較，亮度變低。以上為使用導光板將像投影時產生亮度偏差之理由之主要原因。
如圖1所述般，若將光柵節距設為P，則繞射光柵之波數向量之大小以K=2π/P表示。若於將光軸方向取作z軸之座標系中進行表示，則入射繞射光柵101之波數向量為K1 =(0,-K,0)。出射繞射光柵102具有形成之角為120度之2個波數向量，其等為K2 =(+K/√3,K/2,0)、K3 =(-K/√3,K/2,0)。若將朝導光板100入射之光線之波數向量設為ki =(ki x ,ki y ,ki z )，將出射之光線之波數向量設為ko =(ko x ,ko y ,ko z )，且使K1 、K2 、K3 對ki 依次作用，則如以下般，ko =ki ，可知出射與入射光線相同之波數向量之光線、亦即具有相同之映像資訊之光線。
ko =ki ko x =ki x +0+(K/√3)-(K/√3)=ki x ko y =ki y +K-(K/2)-(K/2)=ki y ko z =ki z
其次，簡單描述用於實施例之圖像顯示元件之解析之模擬方法。於1962年由G. H. Spencer人等提倡之光線追蹤法[G. H. Spencer and M. B. T. K. Murty, 「General Ray-Tracing Procedure」, J. Opt. Soc. Am. 52, p.672 (1962).]係藉由著眼於光之粒子性，追蹤路徑，而計算於某一點觀測到之像等之方法，以電腦繪圖領域為中心，持續進行精心改良。基於光線追蹤法之蒙特卡羅光線追蹤法[I. Powell 「Ray Tracing through sysytems containing holographic optical elements」, Appl. Opt. 31, pp.2259-2264 (1992).]係藉由概率性地處理因繞射及反射等所致之路徑之分離，而防止運算量之指數函數性增大之方法，適於重複繞射與全反射傳遞之導光板之模擬。雖然於蒙特卡羅光線追蹤法中可如實再現反射及折射，但關於繞射，必須開發適合之模式。
於用在頭戴式顯示器用在頭戴式顯示器之導光板中，需要與遍及可見光全域之波長範圍(約400-700 nm)、及對應於投影影像之視野角(約40ﾟ)之入射角範圍對應之繞射模式，以市售模擬器運算量會變龐大。此處，鑒於視認到之光線係所有光線之一部分，而使用藉由預先停止向未被視認到之區域導波之光線之計算之演算法，而將運算量削減至1/1000以下之演算法。由根據繞射光柵之繞射效率之角度及波長依存性採用預先將由FDTD(Finite Differential Time Domain，有限差分時域)法獲得之計算結果圖表化而加以參照之方式。 [實施例1]
以下，說明實施例之圖像顯示元件之構成。
＜1.圖像顯示元件之整體構成＞ 圖6顯示本實施例之圖像顯示元件之構成。此處，映像顯示元件10包含2片導光板100a、100b，各自形成入射繞射光柵101a、101b、出射繞射光柵102a、102b。入射繞射光柵101a、101b係直線狀之表面凹凸型繞射光柵。出射繞射光柵102a、102b各者之圖案週期與入射繞射光柵101a、101b相同。作為入射繞射光柵101，例示繞射效率較高之閃耀繞射光柵(blazed grating)，但種類無特別限定。
導光板100a、100b具有互不相同之圖案週期P1、P2，對應之波長範圍不同。P1為例如360 nm，P2為例如460 nm。此外，導光板100之數目為任意，可相應於處理之光之波長而為一個或三個以上之複數個。各導光板之圖案週期較理想為相應於處理之波長而變化。
根據圖6之構成，自投影機300出射之映像光線可由使用者視認到。投影機300相對於映像顯示元件10配置於與使用者之瞳孔400為相反側。該配置為所謂之透過型光學構成，但採用該構成之理由之後於圖12B中詳細說明說明。此外，為了形成透過型光學構成，而投影機300無須實體上位於與使用者之瞳孔400為相反側，只要將來自配置於任意之位置之投影機300之光線以反射鏡等改變進路，並自與使用者之瞳孔400為相反側朝導光板100入射即可(以下同樣)。
入射繞射光柵101使用反射型繞射光柵。將入射之光反射繞射、亦即朝光源側反射並於導光板100之內部傳播者稱為反射型繞射光柵。因而，入射繞射光柵101之位置形成於導光板100之遠離投影機300之面。採用該構成之理由之後於圖9中詳細地說明。
出射繞射光柵102形成於導光板100之與入射繞射光柵101存在之面為相反側之面。採用該構成之理由之後於圖10～圖11C中詳細地說明。出射繞射光柵102之形狀可為與入射繞射光柵101同樣之直線條帶形狀，亦可為圖3所示之網目形狀。若設為網目形狀，則有繞射效率可進一步提高等之效果，但並非排除其他之繞射光柵之形狀。
於本實施例中，出射繞射光柵102原則上而言僅形成於導光板100之一個面。亦即，於圖6之例中，導光板100之與出射繞射光柵102為相反側之面無圖案，且原則上而言為平坦。與出射繞射光柵102為相反側之面實質上不引起繞射，光線理想地進行全反射。若於導光板100之兩面分散配置一個出射繞射光柵，則有可能因導光板之熱膨脹等產生兩個繞射光柵之位置偏移。
圖7係1片導光板100之俯視概略圖，顯示所形成之入射繞射光柵101與出射繞射光柵102之波數向量之關係之一例。如前述般，為了使導光板100作為圖像顯示元件發揮功能，而於圖中，只要波數K1、K2、K3之大小相等，且滿足K1+K2+K3=0之關係即可。
＜2.出射繞射構成之構成＞ 利用圖8，描述出射繞射光柵102。進行了相同之縱橫比為0.8之情形之光子晶體與網目型繞射光柵之投影像之比較。圖8(a)係「專利文獻1」所記載之圓柱型光子晶體與其投影像之模擬結果。圖8(b)係圖3所記載之網目型繞射光柵與其投影像之模擬結果。繞射光柵之形狀以外之條件相同。如於圖觀察到般，可知於縱橫比為1以下之情形下，於光子晶體中，投影像之中央部之亮度較高，視認性較差。與其比較，圖3之構成之網目型繞射光柵可以低縱橫比之圖案獲得良好之投影像。
於網目型繞射光柵中，模擬了圖案之負載與繞射效率及縱橫比之關係。若將繞射光柵之圖案之節距設為p，將圖案之寬度設為w，則負載以w/p表示。於模擬中，圖案節距P=460 nm，圖案高度=70 nm，光線之波長=550 nm，導光板之厚度=1.0 mm，導光板之折射率=1.58。投影像之視野角為40度。
根據模擬結果，判定為一次繞射效率η1為當w/p=0.5時，最大值成為約4.2%，且隨著w/p接近0或1而降低之特性。於獲得0.6%左右之繞射效率之情形下，本實施例之網目型繞射光柵之w/p必須設定於0.15以上0.85以下之範圍。又，效率較佳的是w/p為0.3以上0.7以下之範圍，效率最佳的是w/p為0.4以上0.6以下之範圍。
關於圖案之縱橫比，由於固定為圖案高度=70 nm，故若w/p接近1或0，則縱橫比增加。若以將圖案之縱橫比設為1以下為射出成型法等之適應基準，則本實施例之網目型繞射光柵之w/p必須設置於0.15至0.85之範圍。又，w/p=0.5時，縱橫比最小，最容易製造。
根據上文，可謂原理上而言，當w/p=0.5、亦即w=p-w時，網目型繞射光柵之繞射效率最大，且圖案之縱橫比最小。
＜3.入射繞射光柵之構成＞ 利用圖9，描述入射繞射光柵101。此處，作為入射繞射光柵101，以閃耀繞射光柵為例。圖9(a)係與「專利文獻3」相同之透過型繞射光柵之模擬結果。透過型繞射光柵供入射之光透過繞射，並於導光板(基板)內部傳遞。入射繞射光柵之位置形成於導光板之靠近光源之面。
於圖9(a)中，映像光線900為自左入射之構成，圖之右半分表示基板(Sub)。於透過型繞射光柵中，於由閃耀面引起之折射與由週期構造引起之繞射相位同調之條件下，獲得最大之繞射效率。如圖所示般，為了實現其，而入射繞射光柵101之凹凸圖案之高度必須較大，圖案之角度必須為70度至80度，將圖案之高度除以週期之縱橫比必須為10以上。於射出成型等一般之塑膠成型法中，若縱橫比超過1，則產生轉印性惡化等問題，量產時之成品率降低。此處所示之透過型繞射光柵判定為並不適於作為本實施例之入射繞射光柵。
圖9(b)係反射型繞射光柵之模擬結果。於反射型繞射光柵中，入射之光反射繞射、亦即朝光源側反射並於導光板(基板)之內部傳播。入射繞射光柵101形成於導光板之遠離光源之面。
映像光線同樣地為自左入射之構成，圖之左半分表示基板(Sub)。於反射型繞射光柵中，於由閃耀面引起之繞射與由週期構造引起之折射相位同調之條件下，獲得最大之繞射效率。如於圖觀察到般，判定為與透過型比較，以較低之縱橫比之凹凸圖案滿足該條件。此時之凹凸圖案之高度為約250 nm，縱橫比為約0.57。於前述之試製元件中，可良好地轉印圖案高度為374 nm之三角形狀之凹凸圖案。可謂對於本實施例之塑膠形成之導光板較佳之入射繞射光柵為反射型入射繞射光柵。
＜4.導光板之繞射效率之探討＞ 圖10係顯示經由導光板100而使用者視認到之光線之路徑之示意圖。對由位於導光板100之與出射繞射光柵102相同之側之使用者之瞳孔400T、及位於與出射繞射光柵102為相反側之使用者之瞳孔400R分別視認到之光強度進行探討。
圖中，自投影機300出射之映像光線501於入射繞射光柵101經繞射並於導光板100進行全反射傳遞，於出射繞射光柵102上之未圖示之出射圓內之點131經繞射並由使用者視認到。當相對於導光板100，使用者之瞳孔400T與出射繞射光柵102位於相同之側時，視認到之映像光線於點131處經透過繞射。因此，視認到之光強度之透過繞射效率佔支配地位。另一方面，當相對於導光板100，使用者之瞳孔400R與出射繞射光柵102位於相反側時，視認到之映像光線於點131處經反射繞射。因此，視認到之光強度之反射繞射效率佔支配地位。
導光板100內部之全反射傳遞之節距Pprop係由入射繞射光柵101之節距、導光板100之折射率與厚度、映像光線501之波長及入射角度唯一地決定。由於映像光線與出射繞射光柵進行N次(=ΔY/Pprop)之交叉直至到達點131為止，故使用者之瞳孔400T視認到之光強度IT ，當將映像光線501之光強度設為I0 ，將出射繞射光柵102之零次反射繞射效率設為ηR0 ，將一次透過繞射效率設為ηT1 時，近似為 IT =I0 •(ηR0 )N-1 •(ηT1 )   …(1)。 同樣地，使用者之瞳孔400R視認到之光強度IR ，當將出射繞射光柵之一次反射繞射效率設為ηR1 時，近似為 IR =I0 •(ηR0 )N-1 •(ηR1 )   …(2)。
圖11A～圖11C係由近似計算獲得之視認亮度之計算結果。此處，以FDTD法計算導光板100之繞射效率。假設波長550 nm、導光板100之折射率1.58、厚度1 mm、自入射繞射光柵101至使用者之視線中央之距離ΔY=17 mm、繞射光柵之圖案週期460 nm，凸部之寬度150 nm，針對相當於投影像之中央像素之映像光線進行了計算。於該條件下，全反射傳遞之節距Pprop為2.32 mm，映像光線與出射繞射光柵102之交叉次數N=7.3次。
圖11A顯示圖13之點131之出射繞射光柵102之凸部之圖案之高度與反射及透過之一次繞射效率之關係。如於圖觀察到般，於凸部之高度為100 nm以下之區域(由於凸部之寬度為150 nm，故縱橫比＜2/3)中，一次繞射效率為ηR1 ＞ηT1 。亦即，於使用縱橫比小於2/3之繞射光柵圖案之情形下，反射繞射之效率更佳。又，於凸部之高度為50 nm以上之區域(1/3＜縱橫比)中，獲得2%以上之繞射效率。
圖11B顯示圖13之點131之出射繞射光柵102之凸部之圖案之高度與零次反射繞射效率之關係。如於圖觀察到般，隨著凸部之高度之增加，而ηR0 降低。
以上之繞射效率之討論與圖13之點131之繞射效率相關。於導光板中，於光線到達點131之期間，於導光板內進行複數次反射。因此，將由複數次反射所致之損失，於上式(1)及(2)中以ηR0 N-1 表示。針對實際上使用者能夠視認到之光強度，必須考量式(1)及(2)。
圖11C基於式(1)及(2)，顯示出射繞射光柵之凸部之圖案之高度與使用者視認到之光強度之關係。如於圖觀察到，判定為利用一次反射繞射之IR ，與利用一次透過繞射之IT 比較，最大值更大。又，於使用縱橫比較小之繞射光柵圖案之情形下，利用一次反射繞射之IR 之強度更高。由於凸部之高度越低，則射出成型法等之轉印性越優異，作為導光板100，利用一次反射繞射可更提高使用者之視認亮度。
根據以上之探討，可謂相對於圖10所示之導光板100、出射繞射光柵102之配置，使用者之瞳孔400R位於導光板100之與出射繞射光柵102為相反側之位置關係自使用者之視認亮度上而言較為理想。
圖11D及圖11E顯示出射繞射光柵之凸部之圖案之高度與使用者視認到之光強度之關係。其係由近似計算獲得之視認亮度對於其他之光波長之計算結果。
圖11D係對於與上圖相同之導光板，入射波長635 nm之光線之情形之結果。與圖11C同樣地，判定為利用一次反射繞射之IR ，與利用一次透過繞射之IT 比較，最大值更大。由於凸部之高度越低，則射出成型法等之轉印性越優異，作為導光板，利用一次反射繞射可更提高使用者之視認亮度。
圖11E係入射波長460 nm之光線之情形之結果。此處，對應於波長460 nm，將繞射光柵之圖案週期設為360 nm，係相當於圖1之導光板100之條件之例。同樣地，判定為利用一次反射繞射之IR ，與利用一次透過繞射之IT 比較，最大值更大。由於凸部之高度越低，則射出成型法等之轉印性越優異，作為導光板，利用一次反射繞射可更提高使用者之視認亮度。
根據圖11C～圖11E之例，可知若為可見光線之區域，則繞射光柵之圖案高度為大致100 nm以下，一次反射繞射之效率較一次透過繞射更優異。圖案高度較理想為最低亦為30 nm以上。可知更佳為，於圖示之圖案高度40 nm以上90 nm以下之範圍內，可獲得較反射繞射更強之可見光強度。
＜5.導光板之傾斜之影響之探討＞ 其次，考量於出射繞射光柵102進行一次反射繞射，並由使用者視認到映像光之情形。此情形下，出射繞射光柵102配置於導光板100之與使用者之瞳孔400為相反側之面。 圖12A係投影機300與使用者之瞳孔400之關係為相對於導光板100位於相同之側之示意圖。 圖12B係投影機300與使用者之瞳孔400之關係為相對於導光板100位於相反側之示意圖。
根據圖12A及圖12B，說明2片導光板100a與100b之相對傾斜之影響。於圖12A及圖12B中，導光板100係由對應波長互不相同之導光板100a及100b構成。又，300表示映像投影用之投影機，400表示使用者之瞳孔，501及502表示經投影之映像光線。
圖12A係投影機300與使用者之瞳孔400相對於導光板100配置於相同之側之情形。反射型入射繞射光柵101形成於導光板100之遠離投影機300之面(圖中為右面)。如圖所示，導光板100最終將映像光線501與502反射，並使之到達使用者之瞳孔400。因而，若導光板100b(或100a)相對於導光板100a(或100b)傾斜，則因經投影之光線之波長，而如使用者之視野像1200所圖示般，視認到之映像光線501、502之像素位置501P、502P偏移，畫質降低。由於視力1.0之使用者之光線角度之解析能力為1/60度，故若以此為基準，則2片導光板100a與100b之相對傾斜必須較1/60度更充分小，與先前之玻璃製比較，於機械強度(楊氏模數)較小之塑膠導光板，難以實現作為頭戴式顯示器之安裝。
圖12B係投影機300與使用者之瞳孔400相對於導光板100配置於相反側之情形。反射型入射繞射光柵101形成於導光板100之靠近投影機300之面(圖中為左面)。如圖所示，導光板100最終將映像光線501、502透過，並使之到達使用者之瞳孔400。由於入射光與出射光之角度基本上相同，故即便存在導光板100a與100b之相對傾斜，原理上而言於因波長產生之投影像之像素位置501P、502P亦不產生偏移。因而，於將本實施例之塑膠製導光板安裝於頭戴式顯示器之情形下，較理想為將投影機300之光源相對於導光板100設於與使用者之瞳孔400為相反側(透過型光學構成)。此情形下，出射繞射光柵102必須相對於入射繞射光柵101形成於導光板100之相反側之表面。
實際上，由於在導光板100內部進行全反射導光之光線角度條件受影響，故預先附記較理想為導光板100a與100b之相對傾斜抑制為3度左右以下。此情形下，出射繞射光柵102之透過繞射效率越高，則可對使用者提供亮度越高之映像資訊。
此外，雖然於圖12A、圖12B中，投影機300配置於導光板100之左側，但只要光線自左側嚮導光板100入射即可，並不限制投影機300之位置。例如，可將投影機300配置於導光板100之右側，以反射鏡等改變光線之方向，而使其自導光板100之左側入射。
以FDTD法計算於導光板100傳遞中之光於出射繞射光柵102繞射並自導光板100出射時之繞射效率。假設波長550 nm、導光板100之折射率1.58、繞射光柵之圖案週期460 nm、凸部之寬度150 nm、凸部之高度70 nm，於相當於投影像之中央像素之光因入射繞射進行耦合並於導光板100內部進行全反射傳遞之條件下，反射繞射效率成為3.5%，透過繞射效率成為2.8%。凹凸圖案之縱橫比為0.47。
當然，僅於導光板100之單面同時出射形成入射繞射光柵101與出射繞射光柵102令製造製程更簡單。於在圖12B之構成中，假設出射繞射光柵102形成於與入射衍射光柵101相同之面之情形下，由使用者視認到之光線於出射繞射光柵102進行透過繞射。因而，於在圖12B所示之透過型光學構成中，入射繞射光柵101與出射繞射光柵102形成於同一面之情形下，與圖12A之反射型光學構成比較，由使用者視認到之投影像之亮度降低。
於本實施例中，如圖6及圖12B中所示般，出射繞射光柵102a及102b分別形成於與入射繞射光柵101a及101b為相反側之面。此時，即便為圖12B之透過型光學構成，由於藉由反射繞射而光線由使用者視認到，故亦可提供亮度較高之映像資訊。
＜6.理想的圖像顯示元件之探討＞ 整理以上之實施例所示之見解，並探討較理想之圖像顯示元件之構成。
於如圖9所說明般，使用塑膠作為導光板之情形下，由於在繞射效率較高之入射繞射光柵中，不易製作縱橫比較高之圖案，故能夠降低縱橫比之反射型繞射光柵為較佳。
而且，反射型入射繞射光柵101由於將光朝導光板100內部反射，故如圖10般配置於導光板之映像光線之入射面(第1面)之相反側之面(第2面)。
又，於如圖12A、圖12B所說明般，使用複數個導光板100之情形下，為了減小視認到之像素位置之偏移，而較理想為光朝與光線之入射面(第1面)為相反側(第2面)射出之透過型光學構成。
又，如圖11A～圖11E所說明般，作為導光板100，藉由使用者視認到一次反射繞射佔支配地位之光之構成，而可以較低之縱橫比提高視認亮度。因此，出射繞射光柵102可以一次反射繞射光朝第2面射出之方式，配置於第1面。根據上文，推薦入射繞射光柵101配置於第2面、出射繞射光柵102配置於第1面之構成。
根據本實施例，於具有表面凹凸型繞射光柵之導光板(圖像顯示元件)中，藉由於與入射繞射光柵為相反側之面形成出射繞射光柵，而可使出射繞射效率增加至4%以上。又，若使用圖3所示之網目型出射繞射光柵，則藉由射出成型法等，容易實現導光板之塑膠化，可實現安全、輕量且亮度較高之導光板。 [實施例2]
圖13係以塑膠成型技術將入射繞射光柵101與出射繞射光柵102一體成型於圖6所示之導光板100之兩面之方法之示意圖。
奈米壓模法或蝕刻等先前使用之導光板之製作係基於半導體加工技術之表面加工技術。另一方面，射出成型法等塑膠成型技術由於係藉由將樹脂導入模具之內部並將其凝固而實現之立體成型技術，故容易於導光板之兩面形成繞射光柵。
圖中，以將應形成之繞射光柵之表面形狀予以凹凸反轉之形態，將於表面具有壓模700、及701分別固定於模具之固定部710及可動部720。使用此模具，自樹脂流路730注入熔融之樹脂740，且藉由使模具之可動部720朝圖中之右方向移動，而施加壓力，藉此可將樹脂740設為沿模腔750之形狀之形狀，且可經由冷卻過程製作所期望之導光板。本方法係一般性方法，可藉由利用2個壓模，以塑膠製造於兩面以凹凸形狀形成繞射光柵之導光板。 [實施例3]
圖14係顯示實施例之圖像顯示裝置之構成之示意圖。自圖中之投影機300出射之具有圖像資訊之光藉由導光板100之作用而到達使用者之瞳孔400，而實現擴增實境。於各導光板100中，所形成之繞射光柵之節距與深度係相應於各色而被最佳化者。導光板100之數目可為任意，但一般而言為了紅、藍、綠之各個光，而使用3片。
圖中，本實施例之圖像顯示裝置包含導光板100、投影機300、及顯示圖像控制部1400。又，作為圖像形成之方法，可使用例如下述之眾所周知之圖像形成裝置，即：由反射型或透過型空間光調變器、光源及透鏡構成之圖像形成裝置、由有機及無機EL(Electro Luminescence，電致發光)元件陣列與透鏡形成之圖像形成裝置、由發光二極體陣列及透鏡形成之圖像形成裝置、及組合有光源、半導體MEMS(Micro Electro Mechanical Systems，微機電系統)反射鏡陣列及透鏡之圖像形成裝置等。
又，亦可使用使LED(Light Emitting Diode，發光二極體)或雷射光源與光纖之前端藉由MEMS技術或鋯鈦酸鉛(PZT)等進行共振運動者。其等之中，最一般的是由反射型或透過型空間光調變器、光源及透鏡構成之圖像形成裝置。此處，作為空間光調變裝置，可舉出LCOS(Liquid Crystal On Silicon，矽上液晶)等透過型或反射型液晶顯示裝置、數位微鏡裝置(DMD)，作為光源，可將白色光源進行RGB分離而使用，亦可使用各色對應之LED或雷射。
進而，反射型空間光調變裝置可採用包含下述部分之構成，即：液晶顯示裝置；及偏光分束器，其將來自光源之光之一部分反射並向液晶顯示裝置導引，且使由液晶顯示裝置反射之光之一部分通過並向使用透鏡之準直光學系統導引。作為構成光源之發光元件，可舉出：紅色發光元件、綠色發光元件、藍色發光元件、白色發光元件。像素之數目只要基於對圖像顯示裝置要求之規格決定即可，作為像素之數目之具體之值，除上文所示之1280x720以外，還可例示320×240、432×240、640×480、1024×768、1920×1080。
於本實施例之圖像顯示裝置中，以自投影機300出射之包含映像資訊之光線朝導光板100之各入射繞射光柵101照射之方式定位，且與導光板100一體化地形成。
又，未圖示之顯示圖像控制部控制投影機300之動作，發揮對使用者之瞳孔400適宜地提供圖像資訊之功能。
於以上所說明之實施例中，於具有表面凹凸型繞射光柵之導光板(圖像顯示元件)中，藉由將入射出射繞射光柵與出射繞射光柵藉由射出成型法等與波導以相同折射率之材料一體成型，而可實現導光板之塑膠化，可實現安全且輕量之導光板。亦即，可以射出成型法製作以縱橫比為1以下之表面凹凸而具有良好性能之導光板，可實現由導光板之塑膠化實現之安全性提高及輕量化。
又，入射繞射光柵101與出射繞射光柵102形成於導光板100之對向之面，藉由利用反射繞射提高繞射效率，而可提高視認像之亮度。於本實施例中，顯示了對使用者提供圖像資訊之情形，但本實施例之圖像顯示裝置除此以外還可具備用於取得使用者或外界之資訊之觸控感測器、溫度感測器、加速度感測器等各種感測器、或用於計測使用者之眼睛之移動之眼追蹤機構。
10:映像顯示元件 100:導光板 100a:導光板 100b:導光板 101:入射繞射光柵 101a:入射繞射光柵 101b:入射繞射光柵 102:出射繞射光柵 102a:出射繞射光柵 102b:出射繞射光柵 131:點 300:投影機 301,302,304:光線 303:出射圓 400:使用者之瞳孔 400R:使用者之瞳孔 400T:使用者之瞳孔 501,502,900:映像光線 501P:像素位置 502P:像素位置 700,701:壓模 710:固定部 720:可動部 730:樹脂流路 740:樹脂 750:模腔 1200:視野像 1400:顯示圖像控制部 h:高度 IR ,IT :光強度 K,K1 ,K2 ,K3 ,kR ,kT :波數向量 K1:波數向量/波數/基本波 K2:波數向量/波數/基本波 kprop :波數向量/光線 P:出射繞射光柵之構造週期/光柵節距/繞射光柵之圖案之節距/圖案節距 Pprop:節距 Sub:基板 w:出射繞射光柵之凸部之寬度/圖案之寬度 x,y,z:方向 Y:軸 θ:入射角 ηR0 :出射繞射光柵之零次反射繞射效率 ηR1 :出射繞射光柵之一次反射繞射效率 ηT1 :一次透過繞射效率 Δy:距離
圖1係顯示由出射繞射光柵進行之繞射之示意剖視圖。 圖2(a)～(c)係顯示出射繞射光柵之相位函數之例之示意圖。 圖3係實施例之網目型繞射光柵之立體圖。 圖4係顯示成為模擬之基本之出射圓之定義的概念圖。 圖5(a)、(b)係顯示於導光板內部傳播之光線之強度分佈之模擬結果的示意圖。 圖6係顯示實施例之導光板之示意剖視圖。 圖7係顯示導光板之繞射光柵與波數向量之關係之示意俯視圖。 圖8(a)、(b)係顯示投影像之模擬結果之示意圖。 圖9(a)、(b)係顯示入射繞射光柵之繞射光線之模擬結果之示意圖。 圖10係顯示圖像顯示裝置之構成例之示意剖視圖。 圖11A係顯示繞射光柵之圖案之高度與反射及透過之一次繞射效率之關係之描繪圖。 圖11B係顯示繞射光柵之圖案之高度與零次反射繞射效率之關係之描繪圖。 圖11C係顯示繞射光柵之圖案之高度與使用者視認到之550 nm之光強度之關係的描繪圖。 圖11D係顯示繞射光柵之圖案之高度與使用者視認到之635 nm之光強度之關係的描繪圖。 圖11E係顯示繞射光柵之圖案之高度與使用者視認到之460 nm之光強度之關係的描繪圖。 圖12A係投影機與使用者之瞳孔配置於導光板之相同之側之例的示意剖視圖。 圖12B係投影機與使用者之瞳孔配置於導光板之相反側之例之示意剖視圖。 圖13係顯示實施例之導光板之形成方法之示意剖視圖。 圖14係顯示實施例之圖像顯示裝置之構成之示意剖視圖。
10:映像顯示元件
100a:導光板
100b:導光板
101a:入射繞射光柵
101b:入射繞射光柵
102a:出射繞射光柵
102b:出射繞射光柵
300:投影機
400:使用者之瞳孔

Claims (15)

  1. 一種圖像顯示元件，其具備： 樹脂製之基板； 入射繞射光柵，其將入射之光繞射；及 出射繞射光柵，其出射前述光；且 於前述基板之第1面形成前述入射繞射光柵； 於前述基板之與前述第1面為相反側之第2面形成前述出射繞射光柵； 前述出射繞射光柵形成於一個面。
  2. 如請求項1之圖像顯示元件，其中於前述基板之第1面，以與前述基板相同之材料形成前述入射繞射光柵；且 於前述基板之與前述第1面為相反側之第2面，以與前述基板相同之材料形成前述出射繞射光柵。
  3. 如請求項2之圖像顯示元件，其中前述入射繞射光柵及前述出射繞射光柵之縱橫比為1以下。
  4. 如請求項3之圖像顯示元件，其中前述出射繞射光柵之縱橫比為2/3以下。
  5. 如請求項2之圖像顯示元件，其中前述出射繞射光柵為網目形狀。
  6. 如請求項5之圖像顯示元件，其前述出射繞射光柵係由凹凸圖案形成，該凹凸圖案包含：第1平行之直線群、及與前述第1平行之直線群相交之第2平行之直線群；且 前述第1平行之直線群與前述第2平行之直線群之節距相等且為P； 作為前述第1平行之直線群與前述第2平行之直線群之節距P、與前述凹凸圖案之寬度W之關係，為W/P為0.15以上0.85以下。
  7. 如請求項2之圖像顯示元件，其中前述出射繞射光柵係由凹凸圖案形成，該凹凸圖案之圖案高度為100 nm以下。
  8. 如請求項7之圖像顯示元件，其中前述出射繞射光柵係由凹凸圖案形成，該凹凸圖案之圖案高度為40 nm以上90 nm以下。
  9. 如請求項2之圖像顯示元件，其中前述入射繞射光柵為反射型閃耀繞射光柵。
  10. 一種圖像顯示裝置，其特徵在於具有： 投影機，其係用於形成圖像之光源； 入射繞射光柵，其將自前述投影機出射之具有圖像資訊之入射光繞射，且形成於樹脂製之基板之第1面；及 出射繞射光柵，其形成於與前述第1面為相反側之第2面；且 前述出射繞射光柵形成於前述基板之一個面； 前述基板就前述光源之每一波長設置有複數片。
  11. 一種圖像顯示裝置，其係如請求項10之圖像顯示裝置，且 前述投影機設置於前述第2面側。
  12. 如請求項11之圖像顯示裝置，其中前述入射光包含460～635 nm之波長。
  13. 一種圖像顯示方法，其係使用圖像顯示元件，該圖像顯示元件具備：樹脂製之基板；入射繞射光柵，其形成於前述基板之第1面；及出射繞射光柵，其形成於前述基板之與前述第1面為相反側之第2面；且前述出射繞射光柵形成於一個面；而藉由 將映像光朝前述入射繞射光柵入射， 使於前述入射繞射光柵反射繞射之前述映像光於前述基板內傳遞，且 使於前述出射繞射光柵將前述映像光反射繞射並自前述第1面出射之前述映像光由使用者視認，而顯示圖像。
  14. 如請求項13之圖像顯示方法，其中前述出射繞射光柵之縱橫比為2/3以下。
  15. 如請求項13之圖像顯示方法，其中前述出射繞射光柵為網目形狀。
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