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公開番号2024144227
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-11
出願番号2024042314
出願日2024-03-18
発明の名称透明ディスプレイの両面回折光学素子付き導光板用高弾性ガラス基板
出願人HOYA株式会社
代理人前田・鈴木国際特許弁理士法人
主分類G02B 5/18 20060101AFI20241003BHJP(光学)
要約【課題】回折光学素子形成時の反りが低減されたガラスウエハ、該ガラスウエハから得られる導光板、および該導光板を含む画像表示装置を提供すること。
【解決手段】薄板形状のガラス部と、その2つの主表面に回折光学素子部とを有し、ガラス部の1つの主表面の面積が1950mm²以上であり、ガラス部の厚さが3.0mm以下であり、ガラス部のヤング率が100GPa以上である、導光板を製造するためのガラスウエハ。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
薄板形状のガラス部と、その２つの主表面に回折光学素子部とを有し、
ガラス部の１つの主表面の面積が１９５０ｍｍ
2
以上であり、
ガラス部の厚さが３．０ｍｍ以下であり、
ガラス部のヤング率が１００ＧＰａ以上である、
導光板を製造するためのガラスウエハ。
続きを表示（約 500 文字）【請求項２】
回折光学素子部が周期的な凹凸構造を有し、該凹凸構造の周期が５００ｎｍ以下である、請求項１に記載のガラスウエハ。
【請求項３】
ガラス部の屈折率ｎｄが１．９以上である、請求項１に記載のガラスウエハ。
【請求項４】
ガラス部の－３０℃～７０℃における平均線膨張係数が８０×１０
-6
Ｋ
-1
以下である、請求項１に記載のガラスウエハ。
【請求項５】
ガラス部と、その２つの主表面に回折光学素子部とを有し、
ガラス部の厚さが３．０ｍｍ以下であり、
ガラス部のヤング率が１００ＧＰａ以上である、導光板。
【請求項６】
回折光学素子部が周期的な凹凸構造を有し、該凹凸構造の周期が５００ｎｍ以下である、請求項５に記載の導光板。
【請求項７】
ガラス部の屈折率ｎｄが１．９以上である、請求項５に記載の導光板。
【請求項８】
請求項５に記載の導光板を含む、画像表示装置。
【請求項９】
眼鏡型である、請求項８に記載の画像表示装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスウエハ、導光板、および画像表示装置に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、ＡＲ（拡張現実）、ＭＲ（複合現実）、およびＶＲ（仮想現実）技術の進展に伴い、ＡＲデバイス、ＭＲデバイス、およびＶＲデバイスとして、ヘッドマウントディスプレイといった表示装置が開発されている。その中でも、特許文献１に開示されているような、スマートグラスと言われる眼鏡型ウェアラブル端末が注目されている。
【０００３】
スマートグラスでは、眼鏡レンズに相当する導光板により、画像光源から発せられた光が装着者の瞳の前まで導光され、画像として表示される。
【０００４】
具体的には、画像光源から発せられた光は、導光板表面に形成された回折光学素子により導光板内部へ入射する。そして、導光板内部へ入射した光は、導光板内部で全反射を繰り返しながら進行し、装着者の瞳の前に設けられた回折光学素子により装着者の瞳方向へと出射される。
【０００５】
スマートグラスに用いられる導光板は、半導体回路の製造設備を用いて製造される。半導体回路の量産工程では、シリコンウエハの表面に、リソグラフィ技術等により多数の集積回路が形成される。そして、その多数の集積回路が形成されたシリコンウエハをダイシングにより切断、分離し、多数の半導体回路素子が製造される。
【０００６】
導光板についても、半導体回路の量産工程と同様の工程により製造できる。すなわち、ガラスウエハといった薄板形状のガラスの表面に多数の回折光学素子を形成し、ダイシングにより切断、分離して、多数の導光板を製造できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２０１６－１３９１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
回折光学素子の形成には、サブミクロンの精度が求められる。しかし、例えば、ガラスウエハの表面に回折光学素子を形成する場合、ガラスウエハは、１００℃以上に加熱される。従来のガラスウエハでは、この加熱によりガラスウエハに反りが生じて、回折光学素子を高精度に形成できないという問題が生じることを、発明者は見出した。具体的には以下のとおりである。
【０００９】
回折光学素子の材料には、酸化チタン、窒化ケイ素、炭化ケイ素などの無機材料、または透明な樹脂などの有機材料が用いられる。無機材料を用いる場合は、ガラスウエハの表面に無機材料の膜を形成し、フォトリソグラフィにより膜を微細加工して回折光学素子を形成する。フォトリソグラフィではガラスウエハの成膜した面にフォトレジストを塗布し、ウエハごとホットプレート上において加熱し、フォトレジストの溶剤を蒸発させるためのプリベークを行う。次いで、紫外線露光によりフォトマスクのパターンをフォトレジストに転写する。露光後、フォトレジストを熱架橋するため、ウエハをホットプレート上に置き、１２０～１５０℃程度に加熱（ポストベーク）する。次にフォトレジストを現像した後、エッチングにより膜に微細な凹凸を形成して回折光学素子にする。有機材料を用いる場合は、ガラスウエハの主表面に、透明な紫外線硬化性樹脂などの樹脂を塗布して塗布膜を形成し、回折光学素子の微細な凹凸パターンを反転した形状の型でプレスし塗布膜にパターンを転写する。その後、ウエハをホットプレート上に置いて１２５℃前後に加熱して焼成し、回折光学素子を形成する。
【００１０】
無機材料、有機材料のいずれでも、ガラスウエハをホットプレート上で加熱する際に、ガラスウエハに反りが発生する。ガラスは比較的、熱伝導率が小さく、ホットプレート上で加熱するとき、ホットプレートに面する主表面、すなわち下向きの主表面と、反対側の主表面、すなわち上向きの主表面との間で大きな温度差が生じる。高温の下向きの主表面の膨張量は、低温の上向きの主表面の膨張量よりも大きくなるため、ガラスウエハは下に凸形状に反る。反ったガラスウエハの周辺部はホットプレートから離れるため、主表面内でも中央部はその周辺部と比較して高温となる。この状態で、フォトレジストの熱架橋や有機材料の焼成が行われるため、加熱終了後も回折光学素子の微細パターンに位置ずれが生じていた。
（【００１１】以降は省略されています）

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