[發明專利]導光板、導光板制造方法和影像顯示裝置

有效

• 申請號: 201880069824.0
• 申請日: 2018-11-22
• 公開（公告）號: CN111279250B
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發明（設計）人: 宇津木健;鵜飼龍志
• 申請（專利權）人: 日立樂金光科技株式會社
• 主分類號: G02B27/02
• 分類號: G02B27/02;G02B5/32;G02B6/00;G03H1/04
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 龍淳

本發明提供一種導光板，其能夠應用于較寬光線角度范圍和較寬波長范圍的入射光線，并且能夠抑制光學效率降低。在具有用復用記錄的全息圖使入射光衍射的光衍射部(1200)的導光板(200)中，光衍射部，在具有任意一定的角度范圍的單一波長的光(1210)入射了的情況下，至少2條以上的出射光線(1220)具有第一角度間隔(θs)離散地出射，出射的光線具有第二角度范圍(θa)，第一角度間隔(θs)在第二角度范圍(θa)以上。

技術領域

本發明涉及頭戴式顯示器等影像顯示裝置中使用的導光板。

背景技術

頭戴式顯示器(HMD：Head Mounted Display)等影像顯示裝置中，將導光板用作使從投影儀(影像投射部)出射的影像光傳播至用戶的眼的光學系統。HMD中使用的導光板要求薄型且外界的光的透射率(外部光透射率)高。能夠使用半反射鏡作為該導光板，但為了確保寬視場，薄型化困難，并且外部光透射率與顯示影像光的效率存在此消彼長的關系。因此，使用半反射鏡的導光板中，薄型化和外部光透射率提高困難。

作為與此相關的技術，在專利文獻1和專利文獻2中，記載了能夠使用全息技術實現反射軸相對于表面法線具有傾斜的特殊的反射鏡(該文獻中稱為“偏斜反射鏡”(skewmirror))。如果在導光板中采用偏斜反射鏡，則實現與相對于導光板的表面傾斜的反射鏡同樣的功能，對于實現導光板的薄型化和外部光透射率提高是有效的。

對此，專利文獻1中，敘述了偏斜反射鏡不存在反射軸與表面法線一致的制約，在比較寬的波長范圍中，使光相對于某一固定的反射軸反射，并且在比較寬的范圍的入射角中具有固定的反射軸。另外，專利文獻2中，敘述了偏斜反射鏡具有相對于其表面法線能夠傾斜的反射軸即Skew軸，通過相對于表面法線使二維的Skew軸傾斜，而將偏斜反射鏡可實現的視場擴大至例如60度以上。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：美國專利申請公開第2017/0059759號說明書

專利文獻2：國際公開第2017/176389號

發明內容

發明要解決的課題

具有光衍射功能的全息圖，是薄型的且具有波長選擇性和角度選擇性等特性，所以能夠選擇性地使光衍射，通過在HMD的導光板中采用它，存在可以維持外部光透射率較高同時高效率地進行影像顯示的可能性。但是，為了適應HMD的實用的使用條件，需要對導光板的結構進行更詳細的研究。

對于專利文獻1、2中記載的偏斜反射鏡，研究作為入射出射耦合器的性能。波長λ₁的光線以相對于導光板的表面的入射角θ₁入射的情況下，光線的一部分被與導光板的表面相比具有某一角度θ_g的傾斜的偏斜反射鏡面反射。此處，使以全反射角θ_TIR(TIR：TotalInternal Reflection)以上的入射角θ₁在導光板內傳播的光線對該偏斜反射鏡入射時，該光線的一部分被偏斜反射鏡面反射，能夠使其對導光板外出射(出射耦合器功能)。另外，能夠使光線從導光板外入射，在導光板內通過全反射而傳播(入射耦合器功能)。

在HMD等影像顯示裝置中使用的情況下，從投影儀出射的光線束具有數10deg程度的較寬的光線角度范圍，這對應于視場(FOV：Field of View)。另外，因為顯示彩色影像，所以具有對應于RGB三色的較寬的波長范圍。因此，實用的偏斜反射鏡必須能夠反射“入射角θ₁是數10deg的較寬的角度范圍、波長λ₁是RGB的較寬的波長范圍”的光線。