導光單元、圖像顯示設備和顯示裝置的制造方法
【專利說明】導光單兀、圖像顯設備和顯裝置
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本申請要求于2014年3月25日提交的JP的日本在先專利申請的權 益，其全部內容通過引用結合于本文中。
技術領域
[0003] 本公開內容設及顯示裝置，更具體地，設及例如用作頭戴式顯示器（HMD)的顯示 裝置，還設及適用于顯示裝置的圖像顯示設備，W及適用于圖像顯示設備的導光單元。
【背景技術】
[0004] 日本專利申請公開第號描述了例如虛擬圖像顯示設備（圖像顯示設 備）。眾所周知的是該虛擬圖像顯示設備通過虛擬圖像光學系統提供二維（2D)圖像作為擴 大的虛擬圖像。此處，2D圖像是通過圖像形成單元形成和供觀看者觀察的那些圖像。
[0005] 該圖像顯示設備1100包括，如圖38的概念視圖所示，圖像形成單元111、準直光學 系統112、和導光部120。圖像形成單元111包括W2D矩陣形式設置的多個像素。準直光 學系統112使來自圖像形成單元111中的每一個像素的光平行。導光部120引導和發出來 自準直光學系統112的所得到的平行光。然后，從導光部120發出的光被引導至觀看者20 的眼睛21。導光部120通過導光板121、第一偏轉部130和第二偏轉部140配置。導光板 121通過全反射使得引入光在其中傳播，然后發出光。第一偏轉部130是，例如單層光反射 膜，且反射進入導光板121的光從而在其中實現全反射。第二偏轉部140是多層膜結構的 多層光反射膜，且在光通過全反射在其中傳播之后從導光板121發出光。如果此類圖像顯 示設備1100配置例如，HMD,那么可W減少所得的顯示裝置的重量和大小。
[0006] 作為眾所周知的另一個虛擬圖像顯示設備，通過圖像形成單元提供由圖像形成單 元形成的2D圖像作為擴大的虛擬圖像供觀看者觀看，日本專利申請公開第號 描述了使用例如，全息衍射光柵的虛擬圖像顯示設備（圖像顯示設備）。
[0007] 該圖像顯示設備1300基本上包括，如圖39的概念視圖所示，顯示圖像的圖像形成 單元111、準直光學系統112、和導光部320。在導光部320中，來自圖像形成單元111的光 被引導至觀看者20的眼睛21。此類導光部320包括導光板321、第一衍射光柵構件330和 第二衍射光柵構件340。第一衍射光柵構件330和第二衍射光柵構件340各自是設置在導 光板321的反射式體積全息衍射光柵。來自準直光學系統112的平行光進入導光板321的 第一平面322,然后從第一平面322發出。導光板321具有與第一平面322平行的第二平面 323。第二平面323附接有第一衍射光柵構件330和第二衍射光柵構件340。

【發明內容】

[000引然而，如上的此類圖像顯示設備由于被膨脹/收縮的導光板所引導的光引起的光 的偏差而具有使觀看者觀察的顯示圖像劣化的問題，例如，圖像中的像素位移或者變形的 圖像。導光板的膨脹/收縮是由于W下情況導致，例如在導光板暴露于外界空氣時的外界 空氣與觀看者的身體之間的溫度差，或者在觀看者進入房間/從房間出來時的暫時的溫 度變化。導光部中的構件之間的熱膨脹系數的差也是原因。例如，日本專利申請公開第 號描述了一種頭戴式圖像顯示設備，其中，椿狀導光部通過保持部彈性地保持 W能夠在位置上變化。在保持部中，用于保持椿狀導光部的端部的至少一部分是彈性的。然 而，通過彈性部件而在端部保持的導光部沒有解決顯示圖像的劣化問題，該劣化問題由環 境溫度變化或者導光單元中的構件之間的熱膨脹系數的差值導致的導光板的膨脹/收縮 所引起。
[0009] 因此期望提供一種導光單元，該導光單元被配置為成功地防止由環境溫度變化或 者其中的構件之間的熱膨脹系數的差值所引起的膨脹/收縮的導光板導致的顯示圖像的 劣化問題。還期望提供包括此類導光單元的圖像顯示設備，和包括此類圖像顯示設備的顯 示裝置。
[0010] 在一些實施方式中，提供一種圖像顯示設備，包括：圖像形成單元；和導光單元， 導光單元包括被配置為引導在圖像形成單元中形成的圖像的光的導光板和支撐構件，導光 板至少在支撐構件的多個部分處由一個或多個緩沖構件支撐。
[0011] 在一些實施方式中，提供一種圖像顯示設備，包括：圖像形成單元；和導光單元， 導光單元包括被配置為引導在圖像形成單元中形成的圖像的光的導光板和支撐構件，導光 板和支撐構件之間包括固定構件，固定構件設置在導光板周圍W將導光板固定至支撐構 件。
[0012] 在一些實施方式中，提供一種導光單元，包括：導光板；和支撐構件，導光板通過 一個或多個緩沖構件來支撐，一個或多個緩沖構件至少在支撐構件的多個部分處支撐導光 板。
[0013] 在一些實施方式中，提供一種導光單元，包括：導光板；和支撐構件，導光板和支 撐構件之間包括固定構件，固定構件設置在導光板周圍W將導光板固定至支撐構件。
[0014] 在一些實施方式中，提供一種顯示裝置，包括；框架；和圖像顯示設備，附接于框 架，圖像顯示設備包括圖像形成單元和導光單元，導光單元包括被配置為引導在圖像形成 單元中形成的圖像的光的導光板和支撐構件，導光板由一個或多個緩沖構件來支撐，一個 或多個緩沖構件至少在支撐構件的多個部分處支撐導光板。
[0015] 在一些實施方式中，提供一種顯示裝置，包括；框架；和圖像顯示設備，附接于框 架，圖像顯示設備包括圖像形成單元和導光單元，導光單元包括被配置為引導在圖像形成 單元中形成的圖像的光的導光板和支撐構件，導光板和支撐構件之間包括固定構件，固定 構件設置在導光板周圍W將導光板固定至支撐構件。
[0016] 根據本公開內容的第一實施方式，提供一種包括導光板和支撐構件的導光單元， 導光板在支撐構件的多個部分處由緩沖構件來支撐。
[0017] 根據本公開內容的第二實施方式，提供一種包括導光板和支撐構件的導光單元， 導光板和支撐構件之間包括固定構件，固定構件設置在導光板周圍W將導光板固定至支撐 構件。
[0018] 根據本公開內容的第一實施方式或者第二實施方式，提供一種圖像顯示設備，包 括圖像形成單元和導光單元，導光單元包括導光板和支撐構件，導光板被配置為引導在圖 像形成單元中形成的圖像的光。在根據本公開內容的第一實施方式的圖像顯示設備中，導 光板在支撐構件的多個部分處由緩沖構件來支撐。在根據本公開內容的第二實施方式中的 圖像顯示設備，導光板和支撐構件之間包括固定構件，固定構件設置在導光板周圍W將導 光板固定至支撐構件。
[0019] 根據本公開內容的第一實施方式或者第二實施方式，提供一種顯示裝置，包括被 配置為佩戴在觀看者的頭部的框架W及附接于框架的圖像顯示設備，圖像顯示設備包括圖 像形成單元和導光單元，導光單元包括支撐構件和被配置為引導在圖像形成單元中形成的 圖像的光的導光板。
[0020] 在根據本公開內容的第一實施方式的顯示裝置中，導光板在支撐構件的多個部分 處由緩沖構件來支撐。在根據本公開內容的第二實施方式中的顯示裝置中，導光板和支撐 構件之間包括固定構件，固定構件設置在導光板周圍W將導光板固定至支撐構件。
[0021] 在本公開內容的第一實施方式中的導光單元、圖像顯示設備、和顯示裝置中，導光 板在多個部分處由使用緩沖構件的支撐構件來支撐。該構造能夠成功地防止由環境溫度變 化或者導光單元中的構件之間的熱膨脹系數的差值所引起的膨脹/收縮的導光板導致的 顯示圖像的劣化問題。該構造還可W利用足夠的穩定性保持導光板。此外，在本公開內容 的第二實施方式中的導光單元、圖像顯示設備、或者顯示裝置中，用于將導光板固定至支撐 構件的固定構件布置在導光板與支撐構件之間且在導光板周圍。該構造可W成功地防止由 環境溫度變化或者導光單元中的構件之間的熱膨脹系數的差值引起的擴大的/緊縮的導 光板所導致的顯示圖像的劣化問題。該構造還可W利用足夠的穩定性保持導光板。應注意， 該說明書中描述的效果僅作為示例，而絕對沒有限制性，從而可W適用于任何額外的效果。
[0022] 鑒于對如附圖所示的本發明的最佳模式的實施方式的如下詳細描述，本發明的該 些和其他目的、特征和優點將會變得更加明顯。
【附圖說明】
[0023] 圖1是實施例1中的顯示裝置中的圖像顯示設備的概念視圖；
[0024] 圖2是實施例1中的顯示裝置中的圖像顯示設備的變形的概念視圖；
[0025] 圖3是實施例1中的顯示裝置中的圖像顯示設備的另一個變形的概念視圖；
[0026] 圖4是實施例1中的顯示裝置中的圖像顯示設備的又另一個變形的概念視圖；
[0027] 圖5A、圖地、圖5C、和圖5D各自是導光板、支撐構件、和緩沖構件的示意性平面視 圖，示出其在實施例1中的顯示裝置中的圖像顯示設備的又另一個變形中的布局；
[002引圖6是實施例1中的顯示裝置的示意性頂視圖；
[0029] 圖7A是實施例1中的顯示裝置的示意性的側視圖，圖7B是示意性地示出圖像顯 示設備中的導光板中的光傳播的示圖；
[0030] 圖8是實施例2中的顯示裝置中的圖像顯示設備的概念視圖；
[0031] 圖9是實施例3中的顯示裝置中的圖像顯示設備的概念視圖；
[0032] 圖10是實施例3中的顯示裝置中的部分放大的反射式體積全息衍射光柵的示意 性的截面圖；
[0033] 圖11是實施例4中的顯示裝置中的圖像顯示設備的概念視圖；
[0034] 圖12是實施例4中的顯示裝置中的圖像顯示設備的變形的概念視圖；
[0035] 圖13A和圖13B各自是導光板、支撐構件、和固定構件的示意性的平面視圖，示出 其在實施例5中的圖像顯示裝置中的圖像顯示設備中的布局；
[0036] 圖14A、圖14C、和圖14E各自是導光板、支撐構件、和緩沖構件的示意性平面視圖， 示出其在實施例5中的顯示裝置中的圖像顯示設備的變形中的布局；圖14B是固定構件的 示意性的平面視圖，圖14D是導光板的示意性的平面視圖，和圖14F是支撐構件的示意性的 平面視圖；
[0037] 圖15是實施例6中的顯示裝置中的圖像顯示設備的概念視圖；
[003引圖16A和圖16B各自是調光器單元的示意性的截面圖，示出調光器單元如何在實 施例6中的顯示裝置中操作；
[0039] 圖17A是實施例7中的顯示裝置的示意性頂視圖，和圖17B是控制照度傳感器的 電路的示意圖；
[0040] 圖18A是實施例8中的顯示裝置的示意性頂視圖，和圖18B是控制照度傳感器的 電路的示意圖；
[0041] 圖19是實施例9中的顯示裝置中的圖像顯示設備的概念視圖；
[0042] 圖20是實施例9中的顯示裝置的示意性頂視圖；
[0043] 圖21是實施例10中的顯示裝置中的圖像顯示設備的概念視圖；
[0044] 圖22是實施例11中的顯示裝置中的圖像顯示設備的概念視圖；
[0045] 圖23是實施例11中的顯示裝置中的圖像顯示設備的變形的概念視圖；
[0046] 圖24是實施例12中的顯示裝置中的圖像顯示設備的概念視圖；
[0047] 圖25是實施例13中的顯示裝置中的圖像顯示設備的概念視圖；
[0048] 圖26是實施例14中的顯示裝置的示意性前視圖；
[0049] 圖27是實施例14中的顯示裝置即，沒有框架的顯示裝置的另一個示意性前視 圖；
[0化0] 圖28是實施例14中的顯示裝置的示意性頂視圖；
[0051]圖29是當裝置佩戴在觀看者的頭部時，實施例14中的顯示裝置的頂視圖（僅示 出圖像顯示設備，沒有示出框架）；
[0化2] 圖30是實施例15中的顯示裝置的示意性前視圖；
[0化3]圖31是實施例15中的顯示裝置，即沒有框架的顯示裝置的另一個示意性前視 圖；
[0化4]圖32是實施例15中的顯示裝置的示意性頂視圖；
[0化5] 圖33是圖像形成單元的概念視圖；
[0化6] 圖34是圖像形成單元的變形的概念視圖；
[0化7]圖35是圖像形成單元的另一個變形的概念視圖；
[0化引圖36是圖像形成單元的又另一個變形的概念視圖；
[0059] 圖37是圖像形成單元的又另一個變形的概念視圖；
[0060] 圖38是先前的圖像顯示設備的概念視圖擬及
[0061] 圖39是與圖38的圖像顯示設備的配置不同的另一個先前的圖像顯示設備的概念 視圖。
【具體實施方式】
[0062] 在下文中，將參考【附圖說明】本公開內容的實施例。本公開內容不局限于實施例，和 實施例中的各種數值和材料是說明性的，而不是限制性的。按照下列順序進行描述。
[0063] 1.關于根據本公開內容的第一實施方式和第二實施方式的導光單元、圖像顯示設 備、和顯示裝置的描述W及總體描述
[0064] 2.實施例1(根據本公開內容的第一實施方式的導光單元、圖像顯示設備、和顯示 裝置）
[0065] 3.實施例2(實施例1的變形）
[0066] 4.實施例3(實施例1的另一個變形）
[0067] 5.實施例4(實施例3的變形）
[0068] 6.實施例5 (根據本公開內容的第二實施方式的導光單元、圖像顯示設備、和顯示 裝置）
[0069] 7.實施例6 (實施例1至5的變形）
[0070] 8.實施例7(實施例6的變形）
[0071] 9.實施例8 (實施例6的另一個變形）
[0072] 10.實施例9 (實施例1至8的變形）
[0073]11.實施例10(實施例9的變形）
[0074] 12.實施例11(實施例9的另一個變形）
[0075] 13.實施例12(實施例6至11的變形）
[0076] 14.實施例13(實施例6至12的變形）
[0077] 15.實施例14(實施例1至13的變形）
[007引16.實施例15(實施例14的變形），及其他
[0079][關于根據本公開內容的第一實施方式和第二實施方式的導光單元、圖像顯示設 備、和顯示裝置的描述，W及總體描述]
[0080] 在下文中，"本公開內容的第一實施方式中的導光單元或者其他"的表達意指本公 開內容的第一實施方式中的導光單元、本公開內容的第一實施方式中的圖像顯示設備中的 導光單元、和本公開內容的第一實施方式中的顯示裝置中的導光單元。此外，"本公開內容 的第二實施方式中的導光單元或者其他"的表達意指本公開內容的第二實施方式中的導光 單元、本公開內容的第二實施方式中的圖像顯示設備中的導光單元、和本公開內容的第二 實施方式中的顯示裝置中的導光單元。
[0081] 在本公開內容的第一實施方式中的導光單元或者其他中，期望地，使用緩沖構件， 在支撐構件的通過介于其間導光板而彼此相對的多個部分處支撐導光板。在本公開內容 的第一實施方式中的此類導光單元或者其他中，緩沖構件可W具有低于導光板的彈性模數 (elasticmo化lus)的彈性模數。此外，在本公開內容的第一實施方式中的此類期望的導光 單元或者其他中，緩沖構件可W由樹脂制成。更進一步地，還在本公開內容的第一實施方式 中的此類期望的導光單元或者其他中，支撐構件可W成形為類似畫框，W圍繞在導光板的 周圍。環氧樹脂、改性有機娃樹脂、環氧-改性有機娃樹脂、或者聚氨醋樹脂為例說明用于 緩沖構件的樹脂。然而，該些實例不是限制性的，緩沖構件還可W由具體包括多孔氧化侶、 多孔碳化娃、多孔碳、燒結多孔塑料介質及其他的多孔材料或者二氧化娃氣凝膠制成。
[0082] 在本公開內容的第二實施方式中的導光單元或者其他中，固定構件可W設置有緩 沖區域。如果是該樣的配置（構造），那么緩沖區域可w形成有空隙或者切口部。替代地， 固定構件可W是具體W片黃或者婉艇彈黃為例說明的彈黃。仍然可替代地，固定構件可W 是粘合層。如果是該樣的配置，那么粘合層可W形成有空隙或者切口部。固定構件或者用 作固定構件的粘合層可W具體地由環氧樹脂、改性有機娃樹脂、環氧-改性有機娃樹脂、聚 氨醋樹脂、丙締酸樹脂、或者其他制成，但是該不是限制性的。仍然可替代地，緩沖區域可W 在導光板的外周部分上，如果是該樣的配置，那么緩沖區域可W形成有空隙或者切口部。仍 然可替代地，緩沖區域可W設置在支撐構件的內周部分上，如果是該樣的配置，那么緩沖區 域可W形成有空隙或者切口部。空隙或者切口部可W保持原樣，或者可W填充有彈性模數 比形成空隙或者切口部的構件低的材料。空隙或者切口部可W期望地沿著導光板的長度方 向延伸。
[0083] 在本公開內容的第一實施方式中的導光單元或者其他中，緩沖構件可W:
[0084] [1-1]通過與導光板的外周部分整個接觸將導光板附接至支撐構件，或者
[0085] [1-2]通過與導光板的外周部分中的至少兩個區域接觸，例如，在導光板是矩形形 狀時，通過與兩個相對側面的每一個中的至少一個區域接觸，或者通過與兩個相鄰側面中 的每一個上的至少一個區域接觸，或者通過與正方形的四個角之中的至少兩個接觸，將導 光板附接至支撐構件。在本公開內容的第二實施方式中的導光單元或者其他中，固定構件 可W:
[0086] [2-1]通過與導光板的外周部分整個接觸將導光板附接至支撐構件，或者
[0087] [2-2]通過與導光板的外周部分中的至少四個區域接觸，例如，在導光板是矩形形 狀時，通過與每一個側面上的至少一個區域接觸，或者通過與其中一個側面上的至少多個 區域接觸將導光板附接至支撐構件。在一些情況下，固定構件可W:
[008引 [2-3]通過與導光板的外周部分中的至少一個區域接觸，例如，在導光板是矩形形 狀時，通過與其中一個側面上的多個區域接觸將導光板附接至支撐構件。
[0089] [2-4]通過與導光板的外周部分中的兩個區域接觸，例如，在導光板是矩形形狀 時，通過與其中一個側面上的兩個區域接觸，或者通過與兩個側面的每一個上的一個區域 接觸將導光板附接至支撐構件。
[0090] [2-引通過與導光板的外周部分中的S個區域接觸，例如，在導光板是矩形形狀 時，通過與其中一個側面上的多個區域接觸，或者通過與=個側面的每一個上的一個區域 接觸將導光板附接至支撐構件。
[0091] 在支撐構件的與觀看者相對一側的上表面，或者在一些情況下，在導光板的與觀 看者的相對一側的表面（第二平面）可W期望地設置有用于保護導光板的保護構件（保護 板）。
[0092] 在本公開內容的第一實施方式和第二實施方式中的導光單元或者其他中，支撐構 件可W由描述用于導光板的各種類型的材料制成，或者可W由包括例如，儀合金、侶、和侶 合金的金屬或者合金材料制成。
[0093] 用于導光板的材料具體示例為；包括鋼巧玻璃和超白玻璃的透明玻璃基板、包括 石英玻璃和BK7的光學玻璃、塑料基板、塑料片材和塑料薄膜。此處，塑料材料示例為；聚對 苯二甲酸己二醋、聚蒙二甲酸己二醇醋、聚碳酸醋、諸如醋酸纖維素的纖維素脂、諸如聚偏 氣己締或者聚四氣己締和六氣丙締的共聚物的氣化聚合物、諸如聚氧化甲締的聚離、聚醒 樹脂、聚苯己締、聚己締、聚丙締、諸如甲基戊締聚合物的聚締姪、包括聚酷胺亞胺或者聚離 酷亞胺的聚酷亞胺、聚酷胺、聚離諷、聚苯硫、聚偏氣己締、四己酷纖維素、漠苯氧基、多芳基 化合物、聚諷、PMMA(聚甲基丙締酸甲醋）、丙締酸樹脂、聚碳酸醋多聚物（OP)樹脂等。塑 料片材和膜可W是不易彎曲的剛性的，或者可W是柔初性的。
[0094] 此外，具有如上的各種期望的配置的此類導光單元可W設置有調光器單元。具體 地，調光器單元可W附接于例如，導光板或者框架。此類調光器單元的設置可W防止供觀看 者觀察的圖像由于來自外部的光而引起劣化，可W獲得高對比度圖像供觀看者觀察。
[0095] 在本公開內容的第一實施方式或者第二實施方式中的圖像顯示設備可W包括
[0096] A.圖像形成單元，和
[0097] B.導光單元，被配置為接收來自圖像形成單元的光，引導該光和發出該光。導光單 元可W包括
[009引a.導光板，被配置為在其中通過全反射傳播由圖像形成單元提供的光并且將光發 出，即，導光板被配置為引導由圖像形成單元形成的圖像的光，
[0099] b.第一偏轉部，被配置為使引入導光板的光的至少一部分偏轉，W實現光在導光 板中的全反射，和
[0100] C.第二偏轉部，被配置為使通過全反射在導光板中傳播的光偏轉，W從導光板發 出光。此處，術語"全反射"意指全反射或者在導光板中的全反射。該也同樣適用于下文。
[0101] 導光單元可W是可W是透射式或者半透射（透視類型）。具體地，面向觀看者的眼 睛的導光單元的至少一部分可W是透射式或者半透射（透視），通過導光單元的該一部分， 觀看者可W看見外景。本公開內容的第一實施方式或者第二實施方式中的顯示裝置可W包 括一個圖像顯示設備（單眼類型），或者兩個圖像顯示設備（雙眼類型）。
[0102] 在該個說明書中，在使用術語"半透射"時，其并不意味著穿過或者反射入射光的 一半（50% )，而是指穿過入射光的一部分，剩余的部分被反射。
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