[發明專利]導光板、導光板的制造裝置、導光板的制造方法、以及使用該導光板的影像顯示裝置

有效

• 申請號: 202010645415.X
• 申請日: 2020-07-07
• 公開（公告）號: CN112415747B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 宇津木健;山川大路
• 申請（專利權）人: 日立樂金光科技株式會社
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司 11243
• 代理人: 曾賢偉;范勝杰

本發明提供能夠在具有光衍射部的導光板中顯示色偏較少的影像的導光板、導光板的制造裝置、導光板的制造方法、以及使用該導光板的影像顯示裝置。在具有通過多重記錄的全息圖對入射光進行衍射的光衍射部的導光板中，構成為在光衍射部中，形成有相對于導光板的入射面的角度不同的多個全息圖，當入射某一平行光線時通過多個全息圖對不同的波長進行衍射。

技術領域

本發明涉及頭戴式顯示器等影像顯示裝置所使用的導光板。

背景技術

在頭戴式顯示器(HMD：Head?Mounted?Display)等影像顯示裝置中，使用導光板作為用于使從投影儀(影像投影部)射出的影像光傳播到用戶的眼睛的光學系統。優選HMD所使用的導光板是薄型且能夠看到影像的視場(FoV：Field?of?View)較寬。能夠使用半透半反鏡作為該導光板，但為了確保較寬的視場(FoV)而難以輕薄化。

作為與此相關的現有技術，有專利文獻1、專利文獻2。專利文獻1、專利文獻2記載了反射軸相對于表面法線具有傾斜這樣的特殊的鏡或者半透半反鏡(該文獻中，稱為“斜鏡”)能夠使用全息圖技術實現。若導光板采用斜鏡，則實現與相對于導光板的表面傾斜的半透半反鏡相同的功能，在實現導光板的輕薄化和FoV的提高的方面有效。

更具體而言，在專利文獻1中，闡述了斜鏡沒有反射軸與表面法線一致這樣的限制，遍及比較寬的波長范圍，相對于某恒定的反射軸反射光，另外，遍及比較寬的范圍的入射角具有恒定的反射軸。另外，在專利文獻2中，描述了修正在導光板產生的色散的方法。

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：美國專利申請公開第2018/0143426號說明書

具有光衍射功能的體積型全息圖較薄并且具有波長選擇性、角度選擇性等特性，所以能夠使光選擇性地衍射，通過HMD的導光板采用該全息圖，能夠實現具有較寬的FoV的薄型導光板。另外，通過有效地利用體積型全息圖的多重記錄，能夠進行顏色不均、亮度不均等較少的高畫質并且高分辨率的影像顯示，也能夠實現低制造成本、穩定的批量生產。然而，在使用體積型全息圖的HMD的導光板存在色散的問題，作為影像顯示裝置，色偏的產生成為問題。以下對該問題進行說明。

首先，對專利文獻1、2所記載的斜鏡與導光板的關系進行說明。在將光線入射至包括斜鏡的導光板的入射面的情況下，通過從導光板的入射面具有某角度θ_g的傾斜的斜鏡面反射光線的一部分。這里，當使在導光板內傳播的光線以全反射角θ_TIR(TIR：TotalInternal?Reflection：全內反射)以上的入射角入射至該斜鏡時，該光線的一部分能夠被斜鏡面反射(衍射)，射出到導光板的外部(射出耦合器功能)。另外，也能夠使光線從導光板的外部入射，并通過全反射在導光板內傳播(入射耦合器功能)。這樣，斜鏡在導光板中具有入射以及射出耦合器功能。將通過體積型全息圖實現該斜鏡的導光板稱為體積型全息圖導光板。

這里，對體積型全息圖導光板的色散的想法進行說明。色散是指通過光學上介質的折射率根據波長不同，而入射的光線按波長分別分離(光線的角度按波長不同)的現象，也簡單地稱為分散。該色散在折射率不同的介質彼此的界面上光折射時，由于折射率按波長不同而產生，能夠通過使用斯涅爾定律計算各波長中的折射角。即使通過該色散的影響，將一根白色的光線入射到體積型全息圖導光板，在導光板內傳播的光線也按波長導光的角度不同而進行傳播。當該光通過體積型全息圖導光板的移動被衍射并射出時，以產生色散的狀態射出，所以一根光線按波長以不同的角度射出。由此，影像通過光的波長分離并被視覺確認，產生影像中的色偏(影像根據顏色而位置偏離并被視覺確認)。

因此，執行例如作為HMD的應用之一的使影像重疊顯示于外界并使用戶觀看的增強現實(AR：Augmented?Reality)的情況下的臨場感顯著降低。