导光板及图像显示装置的制作方法

本技术涉及导光板和图像显示装置。

背景技术：

1、通常，为了实现包括增强现实(ar)、虚拟现实(vr)和混合现实(mr)在内的扩展现实(xr)，已经开发了将图像光投射到观看者的瞳孔中的导光板。

2、近年来，已经开发出具有较宽视场角的导光板。已知的是，视场角随着导光板的材料的折射率而增大。因此，主要使用具有高折射率的材料。

3、然而，较高的折射率可能在导光板的边界表面上导致菲涅耳反射，由此不利地导致图像劣化。例如，专利文献1-3公开了与抑制图像劣化的导光板有关的技术。

4、现有技术文献

5、专利文献

6、专利文献1：美国专利申请公开号2019/0227321

7、专利文献2：美国专利申请公开号2008/0193080

8、专利文献3：美国专利申请公开号2021/0096379

技术实现思路

1、发明要解决的技术问题

2、然而，专利文献1-3中公开的技术在抑制由菲涅耳反射引起的损耗方面存在改进的空间。

3、因此，本发明的主要目的是提供一种导光板和图像显示装置，其通过抑制由菲涅耳反射引起的损耗来改善图像质量。

4、解决问题的手段

5、本发明提供一种导光板，其至少包括：入射衍射光栅，所述入射衍射光栅将入射的光衍射到导光板中；基板，所述基板对由所述入射衍射光栅衍射到导光板中的所述光进行全内反射来引导光；功能部件，所述功能部件对入射的所述光进行透射和反射的一者或两者，其中，当所述基板的折射率是nb时，位于用于引导光的视场角区域的基本上中心处的所述功能部件的零阶透射光的透射率t0满足以下公式(2)。

6、t0>1-(nb-1)2/(nb+1)2……(2)

7、当由所述入射衍射光栅衍射到所述导光板中的光束的与所述入射衍射光栅平行的横截面积和照射在所述功能部件上的光束的横截面积之比定义为s1时，所述功能部件的零阶反射光的反射率r0可满足以下公式(3)。

8、t0×(1-s1)+t0×s1×r0>1-(nb-1)2/(nb+1)2……(3)

9、还可以包括发射衍射光栅和扩展衍射光栅中的一者或两者，所述发射衍射光栅衍射由所述基板引导的所述光并将光投射到观看者的瞳孔中，所述扩展衍射光栅通过使从所述入射衍射光栅入射到所述导光板中的光在从正面观察时与光轴正交的方向上衍射来进行扩展光。

10、所述入射衍射光栅所具有的光栅矢量和所述发射衍射光栅和所述扩展衍射光栅的一者或两者所具有的基本光栅矢量之和可以是0。

11、发射衍射光栅可具有连接由总和为0的光栅矢量组成的多边形的顶点并具有使光返回的功能的光栅矢量。

12、所述功能部件所具有的光栅矢量的大小可以是所述入射衍射光栅所具有的光栅矢量的大小的2倍以上的基本上整数倍，并且所述功能部件所具有的光栅矢量的方向可基本上平行于所述入射衍射光栅所具有的光栅矢量。

13、所述功能部件所具有的光栅矢量的大小可以是所述发射衍射光栅所具有的光栅矢量的大小的2倍以上的基本上整数倍，并且所述功能部件所具有的光栅矢量的方向可基本上平行于所述发射衍射光栅所具有的光栅矢量。

14、所述功能部件所具有的光栅矢量的大小与具有使光返回的功能的所述光栅矢量的大小可基本上相同，并且所述功能部件所具有的光栅矢量的方向可基本上平行于具有使光返回的功能的所述光栅矢量。

15、在波数空间坐标系中，当入射到所述导光板中的光的波矢量为kλ，所述入射衍射光栅的光栅矢量为kin，除了所述入射衍射光栅和所述功能部件之外的任意衍射光栅的光栅矢量为kg，所述功能部件的光栅矢量为kf，除了入射衍射光栅和功能部件的光栅矢量之外的由光束路径p(p包括空集)确定的光栅矢量之和为∑g∈pkg，连接原点和所述导光板的导光区域与渐消逝区之间的边界的波矢量为kw时，所有光路可满足以下公式(1)。

16、[数学式1]

17、

18、所述功能部件的表面中的入射所述光的表面和发射所述光的表面可以是具有高度为20nm以下的衍射光栅的基本平坦的表面，所述功能部件的折射率可以比基板的折射率低0.1以上，并且在所述功能部件所具有的衍射光栅和所述基板之间形成的残留膜的厚度可以是20nm以上。

19、所述残留膜厚度可以是40nm以上。

20、功能部件的折射率在从侧面观察时可以随着离基板的距离增加而减小。

21、所述功能部件的折射率可以比所述基板的折射率高0.1以上，并且在所述功能部件所具有的衍射光栅和所述基板之间形成的残留膜的厚度可以小于20nm。

22、在满足以下公式(4)的范围内，所述功能部件所具有的光栅矢量的衍射效率可以是5％以下。

23、[数学式2]

24、

25、在从侧面观察时，所述功能部件所具有的衍射光栅的横截面形状可以相对于与所述光以0°入射角入射的方向正交的方向不对称。

26、所述功能部件可以设置在入射到所述入射衍射光栅中的所述光直线行进的光路上。

27、所述功能部件可以设置在从所述发射衍射光栅射出的所述光直线行进的光路上。

28、所述功能部件可以设置在入射到所述入射衍射光栅中的所述光直线行进的光路上和从所述发射衍射光栅射出的所述光直线行进的光路上。

29、本发明还提供了一种图像显示装置，其包括导光板和将图像光射到导光板的成像单元。

30、本发明提供一种导光板和图像显示装置，其可以通过抑制由菲涅耳反射引起的损耗来改善图像质量，而不显著增加制造步骤的数量。本文描述的效果并非是限制性的，也可以是本公开内容中描述的任何效果。

技术特征：

1.一种导光板，所述导光板至少包括：

2.根据权利要求1所述的导光板，其中，当由所述入射衍射光栅衍射到所述导光板中的光束的与所述入射衍射光栅平行的横截面积和照射在所述功能部件上的所述光束的横截面积之比定义为s1时，

3.根据权利要求1所述的导光板，进一步包括发射衍射光栅和扩展衍射光栅中的一者或两者，所述发射衍射光栅衍射由所述基板引导的所述光并将所述光投射到观看者的瞳孔中，所述扩展衍射光栅通过使从所述入射衍射光栅入射到所述导光板中的光在从正面观察时与光轴正交的方向上衍射来进行扩展。

4.根据权利要求3所述的导光板，其中所述入射衍射光栅所具有的光栅矢量和所述发射衍射光栅和所述扩展衍射光栅的一者或两者所具有的基本光栅矢量之和为0。

5.根据权利要求3所述的导光板，其中所述发射衍射光栅包括连接由总和为0的光栅矢量组成的多边形的顶点并具有使光返回的功能的光栅矢量。

6.根据权利要求1所述的导光板，其中所述功能部件所具有的光栅矢量的大小是所述入射衍射光栅的光栅矢量的大小的2倍以上的基本上整数倍，并且

7.根据权利要求3所述的导光板，其中所述功能部件所具有的光栅矢量的大小是所述发射衍射光栅所具有的光栅矢量的大小的基本上2倍以上的整数倍，并且

8.根据权利要求6所述的导光板，其中所述功能部件所具有的光栅矢量的大小与具有使光返回的功能的所述光栅矢量的大小基本相同，并且

9.根据权利要求3所述的导光板，其中在波数空间坐标系中，

10.根据权利要求1所述的导光板，其中

11.根据权利要求10的导光板，其中所述残留膜厚度为40nm以上。

12.根据权利要求10的导光板，其中，所述功能部件的折射率在从侧面观察时随着离所述基板的距离增加而减小。

13.根据权利要求1所述的导光板，其中所述功能部件的折射率比所述基板的折射率高0.1以上，并且

14.根据权利要求9所述的导光板，其中在满足下式(4)的范围内，所述功能部件所具有的光栅矢量的衍射效率为5％以下：

15.根据权利要求1所述的导光板，其中，当从侧面观察时，所述功能部件所具有的衍射光栅的横截面形状相对于与所述光以0°的入射角入射的方向正交的方向不对称。

16.根据权利要求1所述的导光板，其中所述功能部件设置在入射到所述入射衍射光栅中的所述光直线行进的光路上。

17.根据权利要求3所述的导光板，其中所述功能部件设置在从所述发射衍射光栅射出的所述光直线行进的光路上。

18.根据权利要求3所述的导光板，其中所述功能部件设置在入射到所述入射衍射光栅中的所述光的直线行进的光路上并设置在从所述发射衍射光栅射出的所述光直线行进的光路上。

19.一种图像显示装置，包括：

技术总结本发明的目的在于通过抑制由菲涅耳反射引起的损耗来改善图像质量。本发明的导光板至少包括：入射衍射光栅、基板和功能部件，所述入射衍射光栅将入射光衍射到所述导光板中，所述基板对由所述入射衍射光栅衍射到所述导光板中的光进行全内反射并引导光，所述功能部件对入射的所述光进行透射或反射，或对入射的所述光进行透射或反射两者，其中，当所述基板的折射率为Nb时，位于用于引导光的视场角区域的基本上中心处的功能部件的零阶透射光的透射率T0满足以下公式。T0>1‑(Nb‑1)<supgt;2</supgt;/(Nb+1)<supgt;2</supgt;。技术研发人员：清水一恵受保护的技术使用者：索尼集团公司技术研发日：技术公布日：2024/9/29