本發(fā)明是關于導光板及使用該導光板的虛像顯示裝置。

背景技術：

近年，作為頭戴式顯示器或者平視顯示器，正在進行將小型顯示元件形成的圖像作為虛像進行放大后顯示的虛像顯示裝置的開發(fā)。虛像顯示裝置的構(gòu)成為通過導光板以及組合器等，將顯示元件出射的光投影到觀察者眼睛的方向。透視型虛像顯示裝置中，可在透過導光板以及組合器看到的外界風景上，疊加顯示元件形成的圖像的虛像后進行顯示。使用這種虛像顯示裝置，可簡單地提供ar(增強現(xiàn)實)環(huán)境。

專利文獻1公開了一種顯示虛像使其重疊在外界風景上的透視型虛像顯示裝置。所述虛像顯示裝置具備包含顯示元件的圖像光學系統(tǒng)和導光部件。在導光部件(導光板)中，來自顯示元件的光通過在其端部設置的耦合部被準直后入射。入射到耦合部的準直光傳播到導光部件的內(nèi)部之后，被用于圖像提取的衍射光柵反射，從導光部件的出光面出射。用于圖像提取的衍射光柵被構(gòu)成為，具有鋸齒狀的截面的凹凸構(gòu)造的斜面上設置有半反射膜。觀察者通過半反射膜，可看到導光部件內(nèi)側(cè)的虛像。

同樣，專利文獻2也公開了一種透視型虛像顯示裝置。所述虛像顯示裝置中使用的導光板是，通過貼合由在表面上具有截面鋸齒狀的多個凹狀結(jié)構(gòu)的基材和在表面上具有對應所述凹狀結(jié)構(gòu)的多個凸狀結(jié)構(gòu)的比較薄的基材制成。凹狀結(jié)構(gòu)和凸狀結(jié)構(gòu)相對的部分上設置有反射膜。該構(gòu)成中，反射膜被配置在導光板的表面附近，把傳播于導光板內(nèi)部的光朝向觀察者一側(cè)反射。

此外，專利文獻3中也公開了一種具備了用于將傳播于導光板內(nèi)部的光反射后使其向外部出射的反射陣列的虛像顯示裝置。專利文獻3中記載的反射陣列被構(gòu)成為包含相對導光板的出光面傾斜的反射面、和平行于出光面的平行面、設置在反射面和平行面之間的其他傾斜面。

現(xiàn)有技術文獻

專利文獻1：特開2004-157520號公報

專利文獻2：特開2012-198264號公報

專利文獻3：美國專利第8665178號說明書

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題

專利文獻1及2中記載的虛像顯示裝置中，為了構(gòu)成導光板而被重疊設置的兩個基材偏厚，反射膜設置在導光板的表面附近。在這種情況下，當由于在導光板的表面施加沖擊或者受熱等，導致在導光板上產(chǎn)生的應力增大時，反射膜容易產(chǎn)生裂痕等損傷。此外，如專利文獻1及專利文獻2中所記載，針對被形成有截面鋸齒狀的凹凸結(jié)構(gòu)的主基板，被比較薄的部件覆蓋表面的結(jié)構(gòu)中，存在導光板本身產(chǎn)生彎曲，或者形成有凹凸結(jié)構(gòu)的部分粘合性低的時候基材剝離的問題。

此外，專利文獻3中記載的構(gòu)成中，貼合分別制作的兩個基材以制作導光板，但是，如果沒有適當選擇兩個基材的材料等的情況下，存在產(chǎn)生彎曲等變形，或者反射膜產(chǎn)生裂痕的情況。進一步，專利文獻3中所記載的構(gòu)成中，因為需設置在基材的凹凸相配合的貼合在一起，由于模具的加工精度或者成型制度，會產(chǎn)生由于凹凸形狀的位置或者齒距偏離使貼合困難，或者粘合性低的問題。這種問題，特別是在進行大量生產(chǎn)時，會大幅降低通過量。

本發(fā)明是鑒于上述問題而作出，主要目的是提供不易產(chǎn)生彎曲等變形或者損傷的導光板。此外，本發(fā)明的其他目的是提供具備所述導光板的虛像顯示裝置。

解決問題的手段

根據(jù)本發(fā)明的實施方式的導光板被構(gòu)成為，從顯示元件出射的光傳播到內(nèi)部，傳播于所述內(nèi)部的光的至少一部分通過多個反射結(jié)構(gòu)反射，所述多個反射結(jié)構(gòu)的每一個具有相對于出光面傾斜的反射面，所述導光板具備第一透明部件、第二透明部件，以及被設置在所述第一透明部件和所述第二透明部件之間的第三透明部件，所述多個反射結(jié)構(gòu)設置在與第三透明部件緊挨著的位置。

某一實施方式中，所述第三透明部件的兩個主面中的一面被形成為，包含與所述多個反射結(jié)構(gòu)的反射面相匹配的，且相對所述出光面傾斜的多個傾斜面，所述第三透明部件的另一面，由與所述出光面平行的平面形成。

某一實施方式中，使用玻璃板或者透明樹脂板形成所述第一透明部件及所述第二透明部件，使用與所述第一透明部件或所述第二透明部件的表面相接觸地賦予的固化樹脂材料形成所述第三透明部件。

某一實施方式中，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的范圍內(nèi)。

某一實施方式中，所述第一透明部件的熱膨脹系數(shù)和所述第二透明部件的的熱膨脹系數(shù)基本相同。

某一實施方式中，所述第一透明部件的熱膨脹系數(shù)和所述第三透明部件的熱膨脹系數(shù)基本相同。

某一實施方式中，所述第一透明部件及所述第二透明部件都通過注塑成型而形成，被配置為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。

某一實施方式中，所述反射結(jié)構(gòu)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狀或者凸狀的多個棱鏡結(jié)構(gòu)，所述第三透明部件被設置為覆蓋所述多個棱鏡結(jié)構(gòu)、使所述多個棱鏡結(jié)構(gòu)的表面平坦化。

某一實施方式中，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個棱鏡結(jié)構(gòu)的一側(cè)的透明部件中，除所述多個棱鏡結(jié)構(gòu)以外的厚度為ha，其他透明部件的厚度為hb，所述凹狀或者凸狀的多個棱鏡結(jié)構(gòu)和所述棱鏡結(jié)構(gòu)上的所述第三透明部件所構(gòu)成的厚度為h0時，滿足ha-h0≦hb≦ha+h0。

某一實施方式中，所述多個反射結(jié)構(gòu)包含形成在所述第三透明部件的凹狀或者凸狀的多個棱鏡結(jié)構(gòu)。

某一實施方式中，所述第三透明部件與所述第一透明部件相鄰，進一步具備設置在所述第三透明部件和所述第二透明部件之間，并覆蓋所述多個棱鏡結(jié)構(gòu)，以形成所述多個棱鏡結(jié)構(gòu)的表面的第四透明部件。

根據(jù)本發(fā)明的實施方式的虛像顯示裝置，具備上述任意導光板、所述顯示元件、固定在所述導光板上，接收從所述顯示元件出射的虛像投影光的耦合結(jié)構(gòu)。

某一實施方式中，所述虛像顯示裝置為，多個反射結(jié)構(gòu)具有的反射面被形成為反射部分光并且透射部分光的透視型虛像顯示裝置。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明的實施方式，可提供形狀穩(wěn)定性良好的，不易產(chǎn)生破損的導光板以及使用該導光板的虛像顯示裝置。

附圖說明

圖1為根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的虛像顯示裝置的示意圖，(a)為立體圖，(b)為俯視圖。

圖2為根據(jù)第一實施方式的虛像顯示裝置的示意圖，(a)為表示全體構(gòu)成的側(cè)面圖，(b)為表示在棱鏡反射陣列區(qū)域中接近耦合結(jié)構(gòu)區(qū)域的棱鏡排列的剖視圖，(c)表示棱鏡反射陣列區(qū)域中遠離耦合結(jié)構(gòu)的棱鏡排列的剖視圖，(d)表示一個棱鏡的剖視圖。

圖3中(a)為接近耦合結(jié)構(gòu)區(qū)域以及遠離耦合結(jié)構(gòu)區(qū)域的棱鏡排列的示意圖，(b)為棱鏡齒距等的變化的示意圖，(c)為關于半反射膜的透過率及反射率的入射角(反射角)相關性的示意圖。

圖4中(a)表示在注塑成型中，來自通道的成型材料的流動以及導光板的殘余應變的俯視圖，(b)表示兩個板狀的透明部件的厚度不同時的熱膨脹程度的剖視圖。

圖5中(a)表示根據(jù)注塑成型同時制作兩個板狀透明部件時的通道的立體圖，(b)表示為了使兩個透明部件的通道部分相接近而重疊設置的立體圖，(c)表示各透明部件中產(chǎn)生的熱膨脹程度的剖視圖。

圖6為第一實施方式的虛像顯示裝置中虛像投影光的路徑的示意圖，(a)表示耦合結(jié)構(gòu)中的光路的剖視圖，(b)表示棱鏡反射陣列中光路的剖視圖，(c)表示被棱鏡反射的光的路徑的剖視圖。

圖7為從法線方向僅偏離視角±θ0的出射光的光路的示意圖，(a)表示耦合結(jié)構(gòu)中光路的剖視圖，(b)表示從棱鏡反射的光的路徑的剖視圖。

圖8表示棱鏡反射陣列中光路的剖視圖，(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)中折射率相等的情況，(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)中折射率不同的情況。

圖9為入射到耦合結(jié)構(gòu)的光的路徑的剖視圖，(a)為向法線方向出射的光在耦合結(jié)構(gòu)附近的路徑示意圖，(b)為從法線方向僅偏離視角±θ0出射的光在耦合結(jié)構(gòu)附近的路徑示意圖。

圖10是為了說明棱鏡反射陣列中半反射膜的形成過程的示意圖，(a)表示為了說明斜角蒸鍍的剖視圖，(b)表示用于說明通過設置掩模在規(guī)定區(qū)域設置半反射膜的方式的立體圖。

圖11為耦合結(jié)構(gòu)的各種方式的示意圖，(a)至(d)表示分別不同的方式。

圖12為根據(jù)第二實施方式的虛像顯示裝置的示意圖，(a)表示全體構(gòu)成的側(cè)面圖，(b)表示在棱鏡反射陣列區(qū)域中接近耦合結(jié)構(gòu)區(qū)域的棱鏡排列的剖視圖，(c)表示在棱鏡反射陣列區(qū)域中遠離耦合結(jié)構(gòu)區(qū)域的棱鏡排列的剖視圖，(d)表示一個棱鏡的剖視圖。

圖13中(a)是為了說明根據(jù)第二實施方式的虛像顯示裝置的透明部件的制造過程的示意圖，(b)表示各種透明部件中產(chǎn)生的熱膨脹程度的剖視圖。

圖14為根據(jù)第三實施方式的虛像顯示裝置的示意圖，(a)表示全體構(gòu)成的側(cè)面圖，(b)表示棱鏡反射陣列區(qū)域中接近耦合結(jié)構(gòu)區(qū)域的棱鏡排列的剖視圖，(c)表示棱鏡反射陣列區(qū)域中遠離耦合結(jié)構(gòu)區(qū)域的棱鏡排列的剖視圖，(d)表示一個棱鏡的剖視圖。

圖15表示各種透明部件中產(chǎn)生的熱膨脹程度的剖視圖。

具體實施方式

以下，參照附圖說明根據(jù)本發(fā)明的實施方式的導光板，以及具備該導光板的虛像顯示裝置。以下，作為虛像顯示裝置的一個例子，說明頭戴式顯示器(hmd)的結(jié)構(gòu)，但是，本發(fā)明不限于此。此外，以下說明的導光板不僅用于hmd，也可在平視顯示器(hud)等其他形態(tài)的虛像顯示裝置中使用。

(第一實施方式)

圖1(a)以及(b)示意性地示出了第一實施方式的虛像顯示裝置100的構(gòu)成的立體圖和俯視圖。此外，圖2(a)至(d)示意性地示出了虛像顯示裝置100的構(gòu)成的圖。

虛像顯示裝置100具備顯示元件10、以及接收顯示元件10出射的光，并對接收的光進行準直的投影透鏡系統(tǒng)(準直光學系統(tǒng))20。虛像顯示裝置100還具備，用于把從投影透鏡系統(tǒng)20出射的光投影至觀察者的方向的導光板30。

在導光板30的單側(cè)的主面的端部上，設置有接收來自投影透鏡系統(tǒng)20的光l的耦合結(jié)構(gòu)32。本實施方式中，作為耦合結(jié)構(gòu)32，使用了沿導光板30的一邊(圖1(b)中表示的y方向)延伸的三棱柱狀棱鏡。應當指出，在本說明書中，包含導光板30和耦合結(jié)構(gòu)32的光學元件有時稱為光導。

在此構(gòu)成中，來自顯示元件10的出射光(虛像顯示光)l被投影透鏡系統(tǒng)20準直，然后，入射設置在導光板30的端部的耦合結(jié)構(gòu)32。入射到耦合結(jié)構(gòu)32的平行光束，從導光板30的受光部31，即，設置有耦合結(jié)構(gòu)32部分，例如，沿圖1(b)所示的x方向(從耦合結(jié)構(gòu)32朝向?qū)Ч獍?0的相反一側(cè)的面內(nèi)方向)，傳播于導光板30的內(nèi)部。

應當指出，從耦合結(jié)構(gòu)32導入到導光板30的光l，如圖1及圖2所示，可包含行進方向略微不同的多個光束。這里，從顯示元件10的中央?yún)^(qū)域出射的光對應在平行于圖1(b)所示的x方向的方向上前進的光束，從顯示元件10的端區(qū)域出射的光對應在非平行于與x方向的方向上前進的光束。

作為顯示元件10及投影透鏡系統(tǒng)20，可廣泛使用公知的產(chǎn)品。作為顯示元件10可使用，例如，透過型液晶顯示面板或者有機el顯示面板，作為投影透鏡系統(tǒng)20可使用，例如，特開2004-157520號公報所記載的透鏡系。此外，作為顯示元件10可使用反射型液晶顯示面板(lcos)，作為投影透鏡系統(tǒng)20可使用，例如特開2010-282231號公報所記載的凹面鏡、透鏡組等。為了參考，在本申請說明書中引用特開2004-157520號公報以及特開2010-282231號公報中所公開的全部內(nèi)容。顯示元件10的大小為，例如對角線約0.2英寸至約0.5英寸。并且，自投影透鏡系統(tǒng)20出射的光束的直徑，可由投影透鏡系統(tǒng)20調(diào)整。此外，通過調(diào)整耦合結(jié)構(gòu)32的大小，可擴大光束的直徑。

如圖2(b)及(c)所示，本實施方式中，導光板30由配置于觀察者側(cè)的第一透明部件30a(第一透明基板)和配置于觀察者側(cè)的相對側(cè)的第二透明部件30b(第二透明基板)構(gòu)成。第一透明部件30a及第二透明部件30b為，例如，由玻璃板、透明樹脂板等形成，這些被重疊配置。第一透明部件30a和第二透明部件30b由夾在中間的第三透明部件38相互固定。第一透明部件30a的外側(cè)表面構(gòu)成導光板30的下側(cè)(觀察者側(cè))主面s1，第二透明部件30b的外側(cè)表面構(gòu)成導光板30的上側(cè)(相反側(cè))主面s2，導光板30的下側(cè)主面s1和上側(cè)主面s2暴露于空氣中。并且，圖1及圖2所示的形態(tài)中，耦合結(jié)構(gòu)32被設置在導光板30的下側(cè)主面s1，即第一透明部件30a的外側(cè)表面。

如圖2(a)至(c)所示，在導光板30的厚度方向上的中間，設置有包含多個棱鏡34a的棱鏡反射陣列34。棱鏡反射陣列34被設置為，用于把通過耦合結(jié)構(gòu)32入射到導光板30的光反射后出射到導光板30的外部。棱鏡反射陣列34可設置在從第一透明部件30a的內(nèi)側(cè)表面到第二透明部件30b的內(nèi)側(cè)表面的位置，本實施方式中，設置在第一透明部件30a的內(nèi)側(cè)表面。

如圖1(b)所示，棱鏡反射陣列34設置在與出光面平行的面內(nèi)中規(guī)定的面內(nèi)區(qū)域。本實施方式中，棱鏡反射陣列34被設置在導光板30的面內(nèi)的在x方向中具有寬度x，在y方向中具有寬度y的規(guī)定的矩形狀區(qū)域rr內(nèi)。

如圖2(a)所示，從導光板30的受光部31入射的光在棱鏡反射陣列34上反射，并從設置在導光板30的下側(cè)主面s1的出光面s30向外部出射。棱鏡反射陣列34被構(gòu)成為使光主要出射于光出射面s30法線方向。并且，光出射面s30的法線方向為與所述x方向及y方向正交的方向(z方向)。

導光板30中，第一透明部件30a的內(nèi)側(cè)表面上形成的多個棱鏡34a被第三透明部件38覆蓋。此外，第三透明部件38與第二透明部件30b的內(nèi)側(cè)表面接觸。該構(gòu)成中，第三透明部件38的單側(cè)的面具有與第一透明部件30a上形成的棱鏡34a的形狀相匹配的形狀，相反側(cè)的面具有與導光板30的主面平行的平面。第三透明部件38被設為填補棱鏡反射陣列34的凹凸，以平面接觸第二透明部件30b。并且，將后述棱鏡反射陣列34的具體構(gòu)成。

如圖2(a)所示，從位于導光板30的端部的受光部31入射的光，在導光板30的上、下側(cè)主面s1、s2中發(fā)生全反射的同時在內(nèi)部傳播。更具體為，以根據(jù)導光板30對外側(cè)介質(zhì)(在這里為空氣)的相對折射率決定的臨界角以上的入射角，入射到導光板30的上、下側(cè)主面s1、s2的光在界面上發(fā)生全反射。并且，重復全反射的同時以導光板30的內(nèi)部為主沿第一方向(x方向)傳播。并且，本說明書中，為了便于說明，導光板30的每個主面，為了區(qū)別根據(jù)圖稱呼為上側(cè)主面s2及下側(cè)主面s1，但是，理應明白，并不意味著實際使用情況中的上下位置關系。

并且，設置有棱鏡反射陣列34的區(qū)域的外側(cè)區(qū)域中，第一透明部件30a和第二透明部件30b也可以直接接觸，也可以通過第三透明部件38的擴張部分(設置在棱鏡陣列形成區(qū)域的外側(cè)的薄層)連接。當?shù)谝煌该鞑考?0a和第二透明部件30b(以及第三透明部件38)中折射率相同的時候，防止第一透明部件30a和第二透明部件30b的界面上產(chǎn)生折射或全反射。但是，傳播于導光板30的內(nèi)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之間的界面上反射。

接著，說明棱鏡反射陣列34的更詳細的構(gòu)成。如圖2(b)以及(c)所示，棱鏡反射陣列34包含多個棱鏡34a。每個棱鏡34a具有對導光板30的出光面s30以規(guī)定角度范圍傾斜的第一傾斜面s341和，在棱鏡的棱線34r上與第一傾斜面s341連接的第二傾斜面s342。每個棱鏡34a中，第一傾斜面s341是被配置在相對于受光部31，比第二傾斜面s342更遠側(cè)的傾斜面。

如圖2(d)所示，第一傾斜面s341和與出光面s30平行的面(以下稱為x-y平面)形成的角度設為α，第二傾斜面s342和x-y平面形成的角度設為β。例如，角度α為10°～45°，角度β為60°～90°。這里，如圖2(d)所示，考慮從導光板30中設置有受光部31的一側(cè)的端部向另一側(cè)的端部方向作為x方向的正方向的截面。該截面中，第一傾斜面s341的傾斜角度α是，第一傾斜面s341以x-y平面為基準(0°)順時針回轉(zhuǎn)的正數(shù)角度，第二傾斜面s342的傾斜角度β是，第二傾斜面s342以逆時針回轉(zhuǎn)的正數(shù)角度。

此外，如圖2(b)及(c)所示，在棱鏡34a上設置有與第一傾斜面s341以及后述的平行面s35接觸，且選擇性地覆蓋它們(即，不覆蓋第二傾斜面s342)的半反射膜36。半反射膜36為，例如，由薄金屬膜(ag膜、al膜等)、電介質(zhì)膜(tio2膜等)等形成，反射入射的光的至少一部分，并可透過一部分光。該構(gòu)成中，可將傳播于導光板30的內(nèi)部的一部分光用第一傾斜面s341以及平行面s35反射的同時，并把從導光板30的上側(cè)主面s2的外側(cè)入射的光(來自外界的光)從導光板30的下側(cè)主面s1出射。

如上所述，半反射膜36被設置為覆蓋棱鏡34a的第一傾斜面s341和平行面s35，但并未設置在第二傾斜面s342上。即，傳播于導光板30內(nèi)部的光被棱鏡34a的第一傾斜面s341以及平行面s35反射，不會被第二傾斜面s342反射。這是因為，如把第二傾斜面s342構(gòu)成為反射面，光將會反射到預想不到的方向成為雜散光，因此，很難實現(xiàn)高品質(zhì)的虛像顯示。

并且，圖3(c)為關于半反射膜36(在這里是tio2膜)的透過率及反射率與入射角(或者反射角)的角度相關性的示意圖。本實施方式中，以入射角0°基本垂直入射的光的透過率高，反射率低。此外，以入射角90°基本水平入射的光的透過率低，反射率高。并，由于作為半反射膜使用tio2膜，因此在半反射膜中不會產(chǎn)生光的吸收。

如圖2(b)所示，本實施方式的導光板30上設置的棱鏡反射陣列34中，在耦合結(jié)構(gòu)32(或者受光部31)的附近位置上，相鄰的棱鏡34a之間設置有狹縫狀的平坦部(平行面s35)。另一方面，如圖2(c)所示，遠離耦合結(jié)構(gòu)32(或者受光部31)的位置上，相鄰的棱鏡34a之間未設置有所述平坦部，棱鏡34a被相互接近連續(xù)配置。

這里，如上所述，將說明根據(jù)棱鏡反射陣列34的位置變更棱鏡配置模式的理由。被棱鏡反射陣列34反射的光從導光板30出射的時候，存在被觀察出根據(jù)出光面s30的位置其亮度會不同的情況。這是，原因之一是被認為，如果導光板30上設置的反射部件(此處為棱鏡反射陣列34)中反射面在面內(nèi)分布一樣，使靠近來自顯示元件10的光所入射的受光部31的一側(cè)出射的平行光束的強度高，從遠離的一側(cè)出射的平行光束的強度低。

因此，本實施方式的棱鏡反射陣列34中采用根據(jù)出光面的位置改變出光面中的單位面積的第一傾斜面s341的面積比例的構(gòu)成。更具體為，如圖2(b)所示，設置于棱鏡反射陣列34的區(qū)域內(nèi)，在靠近耦合結(jié)構(gòu)32(或者導光板30的受光部31)的一側(cè)，通過在相鄰的棱鏡反射陣列34a之間設置平坦部(平行面s35)使第一傾斜面s341的面積比例設定得比較低。另一方面，如圖2(c)所示，在遠離耦合結(jié)構(gòu)32(或者導光板30的受光部31)的一側(cè)，通過在相鄰的棱鏡反射陣列34a之間不設置平坦部而是通過密集配置棱鏡34a，使第一傾斜面s341的面積比例設定得比較高。

并且，圖2(b)及圖2(c)中，示出了棱鏡反射陣列34中與耦合結(jié)構(gòu)32最近的區(qū)域和最遠的區(qū)域的棱鏡34a的排列。在兩個區(qū)域之間的區(qū)域中，相鄰的棱鏡34a之間可配置，比圖2(b)所示的平行面s35的寬度窄的平行面。即，隨著遠離耦合結(jié)構(gòu)32或受光部31，棱鏡34a之間的間隔(排列齒距)或者是棱鏡34a之間設置的平行面s35的寬度可漸漸地或逐步地變窄。棱鏡反射陣列34中，棱鏡34a的面內(nèi)密度(單位面積的存在比例)，隨著遠離受光部31可變得更密。

圖3(a)為接近耦合結(jié)構(gòu)32一側(cè)的棱鏡34a的排列、和遠離耦合結(jié)構(gòu)32一側(cè)的棱鏡34a的排列的示意圖。為了均勻地提取被配置棱鏡反射陣列34的區(qū)域內(nèi)的虛像反射光，第一透明部件30a的表面上成型的多個棱鏡34a被配置為，單位面積中棱鏡34a所占比例，在與耦合結(jié)構(gòu)32接近的位置上小，隨著遠離而變大。

如此，為了增加棱鏡的面內(nèi)密度，可考慮，如果棱鏡排列齒距設為p、棱鏡34a的寬度設為a、平行面s35的寬度設為b，棱鏡寬度a為常數(shù)而減少平行面寬度b的配置?；蛘?，可考慮棱鏡齒距p為常數(shù)而擴大棱鏡寬度a的配置。但是，考慮到導光板30的虛像光的出光面s30和與該面相對的對向面的平行度，棱鏡寬度a為常數(shù)時便于保持平行度，便于貼合第二透明部件30b。

作為更具體的設計，例如棱鏡寬度設為a＝0.25mm，離第一透明部件30a上配置的耦合結(jié)構(gòu)32的端面的距離為15mm～41mm，在具有26mm的寬度的棱鏡形成區(qū)域中，可使平行面寬度b從0.55mm到0mm為止?jié)u漸減少排列。并，棱鏡寬度a＝0.25mm、第一傾斜面角度α＝26度、第二傾斜面角度β＝85度的時候，棱鏡高度為hp＝0.117mm。

圖3(b)表示上述情況中關于棱鏡排列位置的棱鏡排列齒距p及平行面s35的寬度b的示意圖。如圖3(b)所示，棱鏡反射陣列34中，在耦合結(jié)構(gòu)32的近側(cè)，棱鏡排列齒距p以及平行面s35的寬度b大；在耦合結(jié)構(gòu)32的遠側(cè)，棱鏡排列齒距p以及平行面s35的寬度b小。此外，對應離棱鏡反射陣列34的端部的距離，棱鏡排列齒距p以及平行面s35的寬度b漸漸減小。

接著，關于第一透明部件30a及第二透明部件30b的大小和制作方法進行說明。第一透明部件30a及第二透明部件30b，例如，都可以通過注塑成型制作。注塑成型是指，把通過加熱使之具有流動性的成型樹脂，通過高壓注入到模具制作出成型部件的方法。

但是，如圖4(a)所示，從成型部件內(nèi)的注入口(通道)沿成型材料的流動(圖4(a)中以虛線表示)產(chǎn)生壓力分布，在成型部件上殘余應變(應力)。因此，將這兩片貼合的時候，即使，二者的熱膨脹系數(shù)是平均(全體)一致的時候，由于殘余應變的分布不一致，導致局部熱膨脹系數(shù)不一致。此時，有熱負荷的時候等，導光板30中容易產(chǎn)生彎曲或變形。進一步，會有半反射膜36上產(chǎn)生裂痕，或者在設置半反射膜的部分上粘合性低，導致另一側(cè)的部件剝離的情況。

此外，注塑成型中，通過使用同一種材料形成第一透明部件30a和第二透明部件30b可使平均(全體)熱膨脹系數(shù)一致，但是，很難使不同材料的第三透明部件38的熱膨脹系數(shù)嚴格地一致。此時，如圖4(b)所示，由于第一透明部件30a和第二透明部件30b上，導光板的表面中的熱膨脹te的程度與第三透明部件38的附近中熱膨脹te的程度不同而產(chǎn)生熱應力，第一透明部件30a的厚度和第二透明部件30b的厚度不同的時候，由于二者的熱應力不同產(chǎn)生導光板的彎曲或變形。進一步，會有半反射膜36中產(chǎn)生裂痕，或一側(cè)的部件剝離的情況。

因此，本實施方式中，第一透明部件30a和第二透明部件30b以相同條件注塑成型使殘余應變的分布一致，同時，通過使這些透明部件30a、30b的厚度基本相同，有熱負荷的時候兩者產(chǎn)生的熱應力相同。并，耦合結(jié)構(gòu)32可與第一透明部件30a一體成型，但是，耦合結(jié)構(gòu)32單獨制作的話，更容易使第一透明部件30a和第二透明部件30b上產(chǎn)生的殘余應變相適應。

圖5(a)至(c)為，用于說明通過注塑成型同時制作第一透明部件30a和第二透明部件30b的過程的示意圖。如圖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時形成。此外，如圖5(a)所示，第一透明部件30a和第二透明部件30b之間，設置有通道g(成型模具中的樹脂注入口)。

第一及第二透明部件30a、30b的外形尺寸可設定為，例如x＝45mm、y＝30mm。此外，關于厚度可設為，如圖2(c)所示，形成有棱鏡34a的部件的第一透明部件30a中除棱鏡以外的厚度為ha＝1.0mm，平板狀的第二透明部件30b的厚度為hb＝1.0mm。此外，關于第一透明部件30a的表面形成的棱鏡34a的形狀將后述，而棱鏡34a的高度(底面到最頂部的距離)為，例如，設為hp＝0.117mm。期望棱鏡的高度hp相較于第一透明部件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也可設為，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為，通過在兩者之間以覆蓋第一透明部件30a的棱鏡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的棱鏡34a，和棱鏡34a的上面的第三透明部件38所構(gòu)成的厚度h0(即，棱鏡34a的底面到第二透明部件30b為止的距離)為，例如，可設為0.13mm。

這里，設置有棱鏡的第一透明部件30a的平板部分的厚度ha和相對的平板狀的第二透明部件30b的厚度hb的比例為，例如，可設定為2:1至1:2之間。如此，通過第一透明部件30a和第二透明部件30b的厚度設為不會有太大差異，可不易產(chǎn)生導光板的彎曲或者剝離。

或者，期望第二透明部件30b的厚度hb，滿足ha-h0≦hb≦ha+h0的設定。此時，第二透明部件30b的厚度hb為，與第一透明部件30a的平均厚度基本相同的厚度，如果平面的大小相等則第一透明部件30a的體積和第二透明部件30b的體積基本相同。并且，對公式ha-h0≦hb≦ha+h0進行變形，可導出公式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時制作，以對稱的流動從通道g向成型模具填充樹脂，因此，相對通道g可生成對稱的殘余應變的分布。此外，如圖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側(cè)的部分(通道部分)g’對齊，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，通過重疊配置第一透明部件30a和第二透明部件30b，可使殘余應變的面內(nèi)分布相適應。因此，如圖5(c)所示，把第一透明部件30a和第二透明部件30b通過第三透明部件38(例如紫外線硬化樹脂)貼合之后，即使存在熱負荷，由于在第一透明部件30a和第二透明部件30b中所產(chǎn)生的熱膨脹te相等，可防止局部的產(chǎn)生不同的熱應力。這樣，可抑制發(fā)生導光板30的彎曲、變形等，或者部件剝離。此外，在導光板30的表面施加沖擊或者施加應力的時候，由于第二透明部件30b具有充分的厚度，并且半反射膜36沒有在導光板30表面附近，因此，可防止裂痕的發(fā)生和剝離。但是，第一透明部件30a和第二透明部件30b也可以不是同一種材料，只要使用熱膨脹系數(shù)基本相同的材料，可防止熱負荷導致的導光板的彎曲和變形，并不限定于如上所述的一體成型的方法。

接著，參照圖6(a)至(c)說明關于設置在導光板30的棱鏡34a的第一傾斜面s341的傾斜角度α。如圖6(a)所示，從顯示元件10(參照圖1(a)、圖2(a))的中央?yún)^(qū)域出射的光l1通過耦合結(jié)構(gòu)32進入到導光板30的內(nèi)部。并且，顯示元件10的端部區(qū)域出射的光也通過耦合結(jié)構(gòu)32入射到導光板30，但是這些光l2、l3，如圖7(a)及(b)所示，相對于耦合結(jié)構(gòu)32，以與來自中央?yún)^(qū)域的光l1不同的角度入射。首先，參照圖6(a)至(c)說明關于來自顯示元件10的中央?yún)^(qū)域的像素的虛像投影光l1的路徑。

如圖6(b)所示，入射到導光板30，重復全反射，主要沿x方向行進的光l1在棱鏡34a的第一傾斜面s341上反射。被反射的光，通常沿導光板30的出光面s30的法線方向n出射。

這里，光l1沿出光面s30的法線方向n出射的時候，光l1相對于棱鏡34a的第一傾斜面s341以入射角α(與第一傾斜面s341的傾斜角度α相同的角度)入射。此外，如圖6(c)所示，以該入射角α入射的光是，在導光板30中沿相對于法線方向n僅偏離角度2α的方向行進的光，也是如圖6(b)所示的在導光板30的下面被全反射得到的光。因此，作為在導光板30的內(nèi)部重復全反射到達第一傾斜面s341，被反射后沿法線方向n出射的條件，必須滿足θc≦2α＜90°。此處，θc表示導光板30的臨界角，以臨界角θc以上的入射角入射到導光板30的上面和下面的光被全反射。綜上，棱鏡的第一傾斜角α優(yōu)選設定為滿足θc/2≦α＜45°。

此外，如圖7(a)及(b)所示，虛像顯示裝置100中，可在水平方向(導光板內(nèi)的虛像投影光的傳播方向：所述x方向)的視角±θ0(即，以法線方向n為中心(0°)±θ0的角度范圍內(nèi))的出射范圍內(nèi)出射光。這里，從出光面以±θ0的出射角出射的光l2、l3的導光板側(cè)的入射角(折射角)為±θ‘0，如圖7(b)所示，光l2、l3是，相對于法線方向n僅以2α±θ‘0不同角度的方向行進于導光板30的內(nèi)部，并于具有傾斜角度α的反射面反射的光。因此，與上述同樣，為了傳播于導光板30的內(nèi)部，并在傾斜角為α的傾斜面上反射的光以視角±θ0出射，優(yōu)選為θc≦2α±θ‘0＜90°。即，滿足θc+θ‘0≦2α＜90-θ‘0時，虛像投影光l2、l3適當?shù)南蛞暯恰捆?的方向出射。

并且，如果從顯示元件10的中央?yún)^(qū)域出射的顯示光被準直的方向為中心方向，從顯示區(qū)域的端部(上端，下端，左端以及右端)像素出射的顯示光被準直的方向與中心方向形成規(guī)定的角度。如圖7(a)及(b)向偏離出光面的法線方向的方向出射的光，例如，可以為從顯示元件10的端部像素出射的光。

圖8(a)及(b)分別表示，包含導光板30下側(cè)主面s1的第一透明部件30a的折射率n1、覆蓋棱鏡34a的第三透明部件38的折射率n3、包含導光板30的上側(cè)主面s2的第二透明部件30b的折射率n2為基本相同時和不相同時的光的路徑。

如圖8(a)所示，形成有棱鏡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，它們的折射率和第二透明部件30b的折射率基本相同時，從耦合結(jié)構(gòu)32導入導光板30的光，保持著反射角2α，重復全反射的傳播于導光板30的內(nèi)部。

此時，部分光透過設置于第一傾斜面s341的半反射膜36，進入到第三透明部件38及第二透明部件30b。但是，第二透明部件30b的外側(cè)表面(導光板30的上側(cè)主面s2)中，保持著相同的反射角2α被反射。因此，與未透過半反射膜36并被反射的光相同，可在傳播于導光板30內(nèi)部的過程中具有傾斜角度α的第一傾斜面s341中反射，并沿著出光面s30的法線方向n出射于導光板30。

另一方面，如圖8(b)所示，形成有棱鏡34a的第一透明部件30a的折射率，和覆蓋棱鏡34a的第三透明部件38或者第二透明部件30b的折射率不相同的時候，透過半反射膜36的光，以根據(jù)第一透明部件30a和第三透明部件38(或者第二透明部件30b)之間的相對折射率的角度折射。因此，透過半反射膜36的光，其反射角不能保持2α，以不相同的反射角2α‘反射并傳播于導光板30的內(nèi)部。因此，與未透過半反射膜36而被反射的光不同，透過半反射膜36的光，可從偏離出光面s30的法線方向n的方向出射。進一步，多次透過半反射膜36的光，被更不相同的反射角2α‘反射并傳播于導光板30的內(nèi)部，因此可以，以更偏離出光面s30的法線方向n的方向出射。如此，每次透過半反射膜36出射角度將會不同，結(jié)果，發(fā)生被觀察的虛像變模糊使顯示品質(zhì)降低的問題。綜上可知，構(gòu)成棱鏡34a的第一透明部件30a的折射率n1、和覆蓋棱鏡34a的第三透明部件38的折射率n3、和夾著第三透明部件38并相對于第一透明部件30a的第二透明部件30b的折射率n2相適應的話，可提高顯示品質(zhì)。

接著，參照圖9(a)及(b)，將說明耦合結(jié)構(gòu)32的形狀。

如上所述，本實施方式中，耦合結(jié)構(gòu)32具有三棱柱狀的形狀，并具有相對于出射光面s30傾斜的細長矩形形狀的傾斜面(受光面)s32。對該傾斜面s32，來自顯示元件10的光被投影透鏡系統(tǒng)20準直后入射。

此時，關于從顯示元件10的中央?yún)^(qū)域出射的光，通過耦合結(jié)構(gòu)32導入到導光板30的光，為了均勻地到達棱鏡反射陣列34(參照圖三等)的條件為，如圖9(a)所示，作為水平方向的寬度具有2t·tan2α以上寬度的光入射到受光部31。這里，t為導光板30的厚度。當導入寬度更窄的入射光時，導光板30的內(nèi)部中可形成不傳播光的區(qū)域，并且，可能會有棱鏡反射陣列34上只有局部到達光的情況。此時，可能會得不到面內(nèi)均勻的發(fā)射光。

這里，耦合結(jié)構(gòu)32的受光面s32中的平行光束的寬度設為c’，具有該寬度c’的光，在導光板30的受光部31中，作為水平方向的寬度，具有c’(cos(γ)+sin(γ)tan(2α))。這里，γ是耦合結(jié)構(gòu)32的受光面s32和導光板的下側(cè)面所形成的角度。此時，為了便于得到面內(nèi)均勻的反射光，期望c’(cos(γ)+sin(γ)tan(2α))在2t·tan2α以上。

此時，關于耦合結(jié)構(gòu)32的受光面s32的寬度c，受光面s32的水平方向上的寬度c(cos(γ)+sin(γ)tan(2α))，優(yōu)選為所述2t·tan2α以上。即，優(yōu)選滿足c(cos(γ)+sin(γ)tan(2α))≧2t·tan2α。滿足該條件時，耦合結(jié)構(gòu)32適當接收具有充分的寬度c’的平行光束，其行進不會受到阻礙，可均勻?qū)氲嚼忡R反射陣列34的全體上。

如此，通過適當選擇耦合結(jié)構(gòu)的形狀和大小，虛像投影光可在棱鏡反射陣列34中均勻反射。這樣，抑制從導光板30出來的虛像光發(fā)生不均勻，可實現(xiàn)高品質(zhì)的虛像顯示。

并，如圖9(b)所示，考慮到虛像的水平方向的視角(±θ0)，使用所述折射角±θ‘0，受光面s32的寬度c及傾斜角γ優(yōu)選為滿足c(cos(γ)+sin(γ)tan(2α-θ‘0))≧2t·tan(2α+θ‘0)的條件。此時，抑制從導光板30出來的虛像光發(fā)生不均勻，可實現(xiàn)高品質(zhì)的虛像顯示。

并且，以上說明的耦合結(jié)構(gòu)32的受光面s32的寬度c為，正交于受光面s32和出光面s30(x-y平面)相交的線的方向規(guī)定的寬度，在x-z平面(截面)中角度γ的方向上規(guī)定的受光面s32的尺寸。

接著，說明本實施方式的虛像顯示裝置100的制作方法。如圖2(a)所示，虛像顯示裝置100具備顯示元件10、投影透鏡系統(tǒng)20、導光板30，通過適當配置這些而制作。作為顯示元件10及投影透鏡系統(tǒng)20，如上所述，可使用各種方式的設備。此外，顯示元件10、投影透鏡系統(tǒng)20、導光板30，可根據(jù)其用途以公知的方法適當?shù)呐渲?，在此不會詳細說明。以下將說明導光板30及耦合結(jié)構(gòu)32的制作過程。

為了制作導光板30，首先，如使用圖5(a)至(c)所說明，通過注塑成型同時制作第一透明部件30a和第二透明部件30b。此時，通過使用適當?shù)某尚湍＞撸稍诘谝煌该鞑考?0a的表面形成棱鏡陣列。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可通過沖壓成型，棱鏡陣列可通過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。此時，第一透明部件30a及第二透明部件30b的折射率為1.535，熱膨脹系數(shù)為60ppm/℃。但是，也可使用其他材料，可使用以丙烯酸樹脂、聚碳酸酯為代表的透明樹脂材料。

這里，參照圖10(a)及(b)說明在具有棱鏡34a的第一透明部件30a的表面上形成半反射膜36的過程。

如圖10(a)所示，半反射膜36優(yōu)選為，設置在棱鏡34a的第一傾斜面s341(以及平行面s35)，但不設置在第二傾斜面s342上。因此，本實施方式中，通過斜角蒸鍍等具有各向異性的沉積方法，在第一傾斜面s341及平行面s35上形成半反射膜36。本實施方式中，作為半反射膜36可使用，例如，厚度約為65nm的tio2膜。但并不限定于此，也可使用其他的電介質(zhì)、金屬材料(al、ag等)。斜角蒸鍍中，不是從第一透明部件30a的法線方向進行蒸鍍，而是從相對于第一傾斜面s341且未相對于第二傾斜面s342的傾斜方向(例如，第一傾斜面s341的法線方向)進行蒸鍍。

此外，如圖10(b)所示，半反射膜36通過掩模m蒸鍍等，可僅設置具有比透明部件的外形尺寸小的寬度為x、y(例如，x＝26mm、y＝20mm)的矩形區(qū)域。具有寬度為x、y的矩形區(qū)域是形成有棱鏡陣列的區(qū)域，該區(qū)域中形成棱鏡反射陣列34。并且也可不使用掩模m，對第一透明部件30a的全體形成半反射膜36，此時，優(yōu)選為在應形成棱鏡反射陣列34的區(qū)域以外不設置棱鏡陣列。

并且，本實施方式中，棱鏡反射陣列34在第一透明部件30a的內(nèi)側(cè)表面具有包含凸狀棱鏡的構(gòu)成，與此不同，即使第一透明部件30a或者第二透明部件30b的內(nèi)側(cè)表面中采用包含凹狀棱鏡的構(gòu)成時，也可以根據(jù)上述相同的方法形成棱鏡反射陣列34。關于這種設置凹狀棱鏡的方式，將在第二實施方式中后述。

之后，如上所述，在設置有半反射膜36的棱鏡陣列上設置第三透明部件38。作為第三透明部件38的材料，可使用光(紫外線)固化樹脂、熱固性樹脂、雙組分環(huán)氧樹脂等。本實施方式中說明使用紫外線固化樹脂，更具體為使用大金工業(yè)(株)制造的“uv-4000”的情況。此時的第三透明部件38的折射率為1.541，熱膨脹系數(shù)為109ppm/℃。

如上所述，作為第一透明部件30a及第二透明部件30b的材料使用“zeonex”、作為第三透明部件38的材料使用“uv-4000”的時候，折射率分別為1.535及1.541，這些折射率可視為基本相同，因此，可抑制在界面上根據(jù)光的折射產(chǎn)生的出射角度的不規(guī)律。此外，可避免從外界的光在界面上折射使風景看起來二重、三重。

第三透明部件38通過，將所述紫外線固化樹脂覆蓋第一透明部件30a的棱鏡34a的表面賦予后，如圖5(b)所示，使通道部分g’對齊第二透明部件30b配置，在第一透明部件30a和第二透明部件30b夾著所述樹脂材料進行施壓的狀態(tài)下，進行樹脂聚合固化而形成。

通過這種制作方法，可簡單平坦化第一透明部件30a的棱鏡34a的表面，制作出具備棱鏡反射陣列34的導光板，可確保其生產(chǎn)性。此外，通過第三透明部件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，不容易發(fā)生導光板30的破裂、彎曲。

以下，參照圖11(a)至(d)說明，設置在導光板30的端部的耦合結(jié)構(gòu)32的各種變形例。

第一實施方式的虛像顯示裝置100中，作為耦合結(jié)構(gòu)32使用了配置成面向投影透鏡系統(tǒng)20的三棱柱狀的棱鏡，但也可以是其他形態(tài)。例如，如圖11(a)所示，其他形態(tài)的耦合結(jié)構(gòu)32a也可以具有設置在投影透鏡系統(tǒng)20的相對側(cè)(導光板30的上側(cè))的三棱柱狀的透光性部件，和該透光性部件的斜面上設置的反射膜。

此外，如圖11(b)所示，也可使用具有把如圖11(a)所示的耦合結(jié)構(gòu)32a拆分而構(gòu)成的耦合結(jié)構(gòu)32b，也可以是水平排列具有斜面(反射面)的三棱柱狀的棱鏡的形態(tài)。此外，如圖11(c)所示的耦合結(jié)構(gòu)32c，也可使用導光板30的下側(cè)面上面對投影透鏡系統(tǒng)20配置的全息衍射光柵。此外，如圖11(d)所示的耦合結(jié)構(gòu)32d，也可使用設置在導光板30的上側(cè)面的全息衍射光柵。

(第二實施方式)

圖12(a)至(d)表示第二實施方式的虛像顯示裝置200的剖視圖。本實施方式的虛像顯示裝置200和第一實施方式的虛像顯示裝置100的主要的不同點在于，如圖12(b)及(c)所示，構(gòu)成導光板30的第一以及第二透明部件30a、30b中，在觀察者側(cè)的相對側(cè)的第二透明部件30b的內(nèi)側(cè)表面中，設置多個凹狀棱鏡34a(圖12(d))。虛像顯示裝置200中，棱鏡反射陣列34設置在第二透明部件30b的內(nèi)側(cè)表面。

此外，虛像顯示裝置200中，第三透明部件38被設置為填補設置在第二透明部件30b上的多個凹狀棱鏡34a，第三透明部件38的下面與第一透明部件30a的內(nèi)側(cè)表面接觸。本實施方式中，第三透明部件38和第一透明部件30a之間的界面是與出光面s30平行的平面。

并且，虛像顯示裝置200中，與第一實施方式的虛像顯示裝置100相同的構(gòu)成要素，賦予相同參照符號，省略了詳細說明。

本實施方式中，第一透明部件30a及第二透明部件30b，通過由丙烯酸樹脂制造的鑄造板熱沖壓成型而制作。熱沖壓成型是指，在丙烯酸樹脂等熱可塑型樹脂上按壓高溫加熱的模具的轉(zhuǎn)印模具形狀的成型方法。

圖13(a)表示，通過對丙烯酸樹脂板進行熱沖壓成型形成第一透明部件30a和第二透明部件30b的示意圖。如圖所示，針對用于制作第二透明部件30b的丙烯酸樹脂板，通過沖壓對應如圖12所示的凹狀棱鏡的具有凸構(gòu)造的模具，可在表面形成如圖12(d)所示的凹狀棱鏡34a。更具體為，第二透明部件30b是通過，對厚度為1mm的丙烯酸樹脂的鑄造板進行熱沖壓成型，形成棱鏡排列后，以規(guī)定的大小(例如，x＝45mm、y＝30mm)切出而獲得。此外，第一透明部件30a通過，從厚度為1mm丙烯酸樹脂的鑄造板中，以規(guī)定的大小(例如，x＝45mm、y＝30mm)切出而獲得。

并且，本實施方式中，設置有棱鏡的第二透明部件30b中除去棱鏡深度的厚度為ha，與其相對的平板狀的第一透明部件30a的厚度為hb，ha和hb的比例為，例如，可設定為2:1至1:2之間。如此，通過第一透明部件30a和第二透明部件30b的厚度設為不會有太大差異，可不易產(chǎn)生導光板的彎曲或者剝離。

或者，第二透明部件30b中棱鏡和棱鏡上的第三透明部件38所構(gòu)成的厚度為h0時，期望設計為使ha-h0≦hb≦ha+h0成立的尺寸。此時，第二透明部件30b的厚度hb與第一透明部件30a的厚度基本相同。

這里，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樹脂制造的鑄造板形成的，因此，折射率和熱膨脹系數(shù)相同。具體為，丙烯酸樹脂的折射率為1.492，熱膨脹系數(shù)為70ppm/℃。如此，由于具有相同的熱膨脹系數(shù)，并且具有基本相同的厚度，如圖13(b)所示，第一及第二透明部件30a、30b的熱膨脹程度相同，可防止熱負荷等引起的彎曲等的變形。

并且，第一透明部件30a和第二透明部件30b，也可使用丙烯酸樹脂以外的聚碳酸酯等透明樹脂材料制作。此外，并不限定于鑄造板，也可使用擠塑板等。

作為半反射膜36可使用，例如，厚度約為65nm的tio2膜。但并不限定于此，也可使用其他電介質(zhì)或金屬材料(al、ag等)。本實施方式中，與第一實施方式相同，通過進行斜角蒸鍍可形成，選擇性覆蓋凹狀棱鏡34a的第一傾斜面s341及平行面s35、未覆蓋第二傾斜面s342的半反射膜36。

如此，表面上設置有棱鏡反射陣列的第二透明部件30b和第一透明部件30a被貼合，它們之間設置有第三透明部件38。作為第三透明部件38的材料，可使用光(紫外線)固化樹脂、熱固化樹脂、雙組分環(huán)氧樹脂等。本實施方式中說明使用紫外線固化樹脂，更具體為使用大金工業(yè)(株)制造的“uv-3000”的情況。此時的第三透明部件38的折射率為1.498，熱膨脹系數(shù)為62ppm/℃。

第三透明部件38是，例如，在第一及第二透明部件30a、30b之間加壓填充所述樹脂，通過聚合固化而形成。此外，耦合結(jié)構(gòu)32也可另外制作之后，粘附在第一透明部件30a上即可。

如此，作為第一透明部件30a及第二透明部件30b的材料使用丙烯酸樹脂板，作為第三透明部件38的材料使用“uv-3000”的時候，其折射率分別為1.492及1.498，這些折射率可視為基本相同，防止了界面中光的折射，提高了顯示品質(zhì)的同時，可良好的看到外界的風景。此外，其熱膨脹系數(shù)分別為70ppm/℃和62ppm/℃，由于其數(shù)值相近不易產(chǎn)生熱應力。并且，本說明書中，熱膨脹系數(shù)的差別程度在10％以下的時候，視為這些基本相同。

通過這種制作方法，可簡單平坦化第二透明部件30b的棱鏡34a的表面，制作出具備棱鏡反射陣列34的導光板，可確保其生產(chǎn)性。此外，通過第三透明部件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，不容易發(fā)生導光板30的破裂、彎曲。

并且，丙烯酸樹脂制造的鑄造板，由于其制作方法，相比注塑成型在內(nèi)部的殘余應變非常小。此外，形成有棱鏡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，有熱負荷的時候，可使兩者產(chǎn)生的熱應力相適應(對稱)。因此，將貼合第一及第二透明部件30a、30b而制作的導光板30中，可大大降低熱負荷等引起的導光板的彎曲、變形。此外，即使導光板30的表面上施加沖擊或有應力的時候，由于沒有在半反射膜36的表面近處，可防止裂痕的發(fā)生或分離。

并且，第二實施方式的虛像顯示裝置200中，與第一實施方式相同，作為耦合結(jié)構(gòu)32可使用參照圖11(a)至(d)說明的，具有各種形態(tài)的光學部件。

(第三實施方式)

圖14(a)表示，第三實施方式的虛像顯示裝置300的剖視圖。本實施方式的虛像顯示裝置300和第二實施方式的虛像顯示裝置200的主要的不同點在于，如圖14(b)及(d)所示，沒有直接在第二透明部件30b的表面形成凹狀棱鏡，而是通過2p成型法(photopolymerizationprocess)，使用設置在第二透明部件30b上的第四透明部件(透明成型部件)38b形成棱鏡反射陣列34。

并且，虛像顯示裝置300中，與第一實施方式或者第二實施方式的虛像顯示裝置100、200相同的構(gòu)成要素，賦予相同的參照符號，省略了詳細的說明。

2p成型法中，例如，進行以下過程。首先，在表面上形成有轉(zhuǎn)印型的壓模上附上紫外線固化樹脂材料。之后，從附上紫外線固化樹脂材料的上方?jīng)_壓透明基板進行壓接。之后，穿過透明基板照射紫外線固化樹脂，進行脫模過程。這樣，可獲得具備轉(zhuǎn)印有轉(zhuǎn)印模的透明樹脂層的透明基板。

第二透明部件30b中，使用第四透明部件38b形成的棱鏡陣列，可以為與第二實施方式相同的多個凹狀棱鏡34a(參照圖14(d))所構(gòu)成的棱鏡陣列。本實施方式中，每一棱鏡34a具有第一傾斜面s341和第二傾斜面s342，具有越是接近耦合結(jié)構(gòu)32側(cè)，則棱鏡之間的寬度平行面s35更寬的的排列模式。

此外，針對通過第四透明部件38b所形成的棱鏡陣列，與其他實施方式相同設置有半反射膜36。半反射膜36與第二實施方式相同，通過將棱鏡34a的第一傾斜面s341和平行面s35選擇性覆蓋的斜角蒸鍍等形成。作為半反射膜36可使用，例如，厚度約為65nm的tio2膜。但并不限定于此，也可使用其他電介質(zhì)或者金屬材料(al、ag等)。本實施方式中，與第一實施方式相同，通過進行斜角蒸鍍可形成，選擇性覆蓋凹狀棱鏡34a的第一傾斜面s341及平行面s35、未覆蓋第二傾斜面s342的半反射膜36。

本實施方式中，作為第一透明部件30a及第二透明部件30b使用玻璃基板(折射率1.52、熱膨脹系數(shù)8.5ppm/℃)此外，作為第四透明部件38b使用threebond社制造的紫外線固化樹脂“tb3078b”(折射率1.51、熱膨脹系數(shù)75～135ppm/℃)。但是，作為第一透明部件30a及第二透明部件30b可使用透明樹脂。

作為第二透明部件30b，例如，使用厚度為1mm的玻璃板，通過2p成型，在第二透明部件30b上聚合固化連接于轉(zhuǎn)印模狀態(tài)的紫外線固化樹脂“tb3078b”而形成棱鏡陣列，進一步，通過以規(guī)定的大小(例如，x＝45mm、y＝30mm)切出，獲得設置有樹脂(第四透明部件38b)形成的棱鏡的第二透明部件30b。此外，第一透明部件30a是，把在相同厚度的1mm的玻璃板以規(guī)定大小(例如，x＝45mm、y＝30mm)切出而獲得。

如此，使用第四透明部件38b貼合設置有棱鏡反射陣列34的第二透明部件30b和第一透明部件30a，其間設置有第三透明部件38a。作為第三透明部件38a的材料，可使用光(紫外線)固化樹脂、熱固化樹脂、雙組分環(huán)氧樹脂等。本實施方式中作為第三透明部件38a的材料，可使用與第四透明部件相同的紫外線固化樹脂“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之間加壓填充所述樹脂，通過聚合固化而形成。此外，耦合結(jié)構(gòu)32也可另外制作之后，粘附在第一透明部件30a上即可。

并且，本實施方式中，設置有棱鏡的第二透明部件30b的厚度為ha，與其相對的第一透明部件30a的厚度為hb，ha和hb的比例為，例如，可設定為2:1至1:2之間。如此，通過第一透明部件30a和第二透明部件30b的厚度設為不會有太大差異，可不易產(chǎn)生導光板的彎曲或者剝離。

或者，第二透明部件30b中形成棱鏡的第四透明部件38b和第三透明部件38a所構(gòu)成的厚度為h0時，優(yōu)選設計為使ha-h0≦hb≦ha+h0成立的尺寸。此時，第二透明部件30b的厚度與第一透明部件30a的厚度基本相同。

如上所述，作為第一透明部件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，在內(nèi)部的殘余應變非常小，因此，可提高形狀安定性。此外，通過使第一透明部件30a和第二透明部件30b的厚度相等，如圖15所示，有熱負荷的時候，可使兩者產(chǎn)生的熱應力相適應(對稱)。進一步，通過使用與第四透明部件38b相同的材料形成第三透明材料38a，可是兩者的物性一致。這樣，貼合第一透明部件30a和第二透明部件30b的時候，可有效降低熱負荷等引起的彎曲的發(fā)生等。此外，防止了界面中光的折射，提高了顯示品質(zhì)的同時，可良好的看到外界的風景。

通過這種制作方法，可制作出使用第三透明部件38a簡單平坦化在第二透明部件30b上、由第四透明部件38b形成的棱鏡34a的表面，并具備棱鏡反射陣列34的導光板30，可擔保其生產(chǎn)性。此外，通過第三透明部件38a固定著第一透明部件30a和第二透明部件30b，因此，其粘合性高，不容易發(fā)生導光板30的破裂、彎曲。

并且，第三實施方式的虛像顯示裝置300中，與第一實施方式及第二實施方式相同，作為耦合結(jié)構(gòu)32可使用參照圖11(a)至(d)說明的，具有各種形態(tài)的光學部件。

以上，說明了第一實施方式至第三實施方式，但可以進行種種的改進。例如，導光板30的出光面s30沒有必要必須為平面，例如，可以為凹曲面(球面或非球面)。

本說明書中公開了以下項目記載的導光板及虛像顯示裝置。

(項目一)

導光板被構(gòu)成為從顯示元件出射的光傳播于內(nèi)部，傳播于所述內(nèi)部的光的至少一部分通過多個反射結(jié)構(gòu)反射，并所述多個反射結(jié)構(gòu)的每一個具有相對出光面傾斜的反射面，導光板具備第一透明部件、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間的第三透明部件，所述多個反射結(jié)構(gòu)設置在與所述第三透明部件緊挨著的位置上。

根據(jù)項目一的導光板，可提供不易產(chǎn)生彎曲等變形的反射膜的破損的導光板。

(項目二)

項目一中所記載的導光板，所述第三透明部件的兩個主面中一面被形成為，包含與所述多個反射結(jié)構(gòu)的反射面相匹配的，且相對所述出光面傾斜的多個傾斜面，所述第三透明部件的另一面，由與所述出光面平行的平面形成。

根據(jù)項目二的導光板，可獲得良好的生產(chǎn)穩(wěn)定性的導光板。

(項目三)

項目一或者項目二中所記載的導光板，使用玻璃板或者透明樹脂板形成所述第一透明部件及所述第二透明部件，使用與所述第一透明部件或所述第二透明部件的表面相接觸地賦予的固化樹脂材料形成所述第三透明部件。

根據(jù)項目三的導光板，由于導光板的表面的強度比較高，可不易產(chǎn)生破損等。

(項目四)

項目一至項目三中所記載的任意導光板，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的范圍內(nèi)。

根據(jù)項目四的導光板，由于第一及第二透明部件的厚度沒有太大差異，即使有熱負荷的時候可抑制彎曲等的變形或者發(fā)生部件的剝離。

(項目五)

項目一至項目四中所記載的任意導光板，所述第一透明部件的熱膨脹系數(shù)和所述第二透明部件的熱膨脹系數(shù)基本相同。

根據(jù)項目五的導光板，即使有熱負荷的時候可抑制彎曲等的變形或者發(fā)生部件的剝離。

(項目六)

項目一至項目五中所記載的任意導光板，所述第一透明部件的熱膨脹系數(shù)和所述第三透明部件的熱膨脹系數(shù)基本相同。

根據(jù)項目六的導光板，即使有熱負荷的時候可抑制彎曲等的變形或者發(fā)生部件的剝離。

(項目七)

項目一至項目六中所記載的任意導光板，所述第一透明部件及所述第二透明部件都通過注塑成型而形成，被配置為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。

根據(jù)項目七的導光板，可抑制彎曲等的變形或者發(fā)生部件的剝離。

(項目八)

項目一至項目七中所記載的任意導光板，所述反射結(jié)構(gòu)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狀或者凸狀的多個棱鏡結(jié)構(gòu)，所述第三透明部件被設置為覆蓋所述多個棱鏡結(jié)構(gòu)、使所述多個棱鏡結(jié)構(gòu)的表面平坦化。

根據(jù)項目八的導光板，可抑制導光板的變形或者破損，并可適當?shù)娘@示虛像顯示光。

(項目九)

項目八中所記載的導光板，所述第一透明部件及所述第二透明部件中一側(cè)被形成有所述多個棱鏡結(jié)構(gòu)的透明部件中，除所述多個棱鏡結(jié)構(gòu)以外的厚度為ha，其他透明部件的厚度為hb，所述凹狀或者凸狀的多個棱鏡結(jié)構(gòu)和所述棱鏡結(jié)構(gòu)上的所述第三透明部件所構(gòu)成的厚度為h0時，滿足ha-h0≦hb≦ha+h0。

根據(jù)項目九的導光板，可適當抑制導光板的變形或者破損。

(項目十)

項目一至項目七中所記載的任意導光板，所述多個反射結(jié)構(gòu)包含形成在所述第三透明部件的凹狀或者凸狀的多個棱鏡結(jié)構(gòu)。

根據(jù)項目十的導光板，可利用2p成型法適當?shù)闹谱鲗Ч獍濉?/p>

(項目十一)

項目十中所記載的導光板，所述第三透明部件與所述第一透明部件相鄰，進一步具備設置在所述第三透明部件和所述第二透明部件之間，并覆蓋所述多個棱鏡結(jié)構(gòu)、以形成所述多個棱鏡結(jié)構(gòu)的表面的第四透明部件。

根據(jù)項目十一的導光板，可利用2p成型法適當?shù)闹谱鲗Ч獍濉?/p>

(項目十二)

虛像顯示裝置具備項目一至項目十一中所記載的任意導光板、所述顯示元件、固定在所述導光板上，接收從所述顯示元件出射的虛像投影光的耦合結(jié)構(gòu)。

根據(jù)項目十二的虛像顯示裝置，作為虛像可適當并穩(wěn)定的顯示顯示元件上形成的圖像。

(項目十三)

項目十二中所記載的虛像顯示裝置，所述多個反射結(jié)構(gòu)具有的反射面被形成為反射部分光并且透過部分光的透視型虛像顯示裝置。

根據(jù)項目十三的虛像顯示裝置，把顯示元件上形成的圖像作為虛像，與外界風景重疊后適當并穩(wěn)定的顯示。

(項目十四)

項目一至項目十一中所記載的任意導光板，所述多個反射結(jié)構(gòu)配置為反射從導光板的受光部入射的、以內(nèi)部為主沿第一方向傳播的光，從所述出光面的法線方向看時，在所述第一方向中，每一單位面積中所述傾斜的反射面的面積比例，對應離所述受光部的距離不同。

(項目十五)

項目十四中所記載的導光板，離所述受光部的距離越近的區(qū)域中所述傾斜的反射面的面積比例，小于離所述受光部的距離越遠的區(qū)域中所述傾斜的反射面的面積比例。

(項目十六)

項目十四或項目十五中所記載的導光板，所述多個反射結(jié)構(gòu)的每一個，所述反射面設置在所述棱鏡結(jié)構(gòu)的一面，從所述出光面的法線方向看，每一單位面積中所述棱鏡結(jié)構(gòu)的存在比例，隨著沿所述第一方向遠離所述受光部而增加。

(項目十七)

項目十六中所記載的導光板，包含所述多個反射結(jié)構(gòu)的所述棱鏡結(jié)構(gòu)的排列中，相鄰的棱鏡結(jié)構(gòu)之間配置有與出光面基本平行的平行面，所述平行面的寬度在接近所述受光部的第一位置上比較寬，在遠離所述受光部的第二位置上比較窄。

(項目十八)

項目十七中所記載的導光板，離所述受光部比所述第二位置還要遠的第三位置中，所述棱鏡結(jié)構(gòu)之間未配置有所示平行面，相鄰的棱鏡結(jié)構(gòu)相接觸。

工業(yè)實用性

根據(jù)本發(fā)明的實施方式的導光板可適時地使用在hmd、hud等虛像顯示裝置。

標號說明

10顯示元件

20投影透鏡系統(tǒng)

30導光板

30a第一透明部件

30b第二透明部件

31受光部

32耦合結(jié)構(gòu)

34棱鏡反射陣列

34a棱鏡

36半反射膜

38、38a第三透明部件

38b第四透明部件

s1下側(cè)主面

s2上側(cè)主面

s30光出射面

s32受光面

s341第一傾斜面

s342第二傾斜面

s35平行面

100、200、300虛像顯示裝置