JP2001330711A

JP2001330711A - 可変型光散乱素子とそれを用いた表示装置

Info

Publication number: JP2001330711A
Application number: JP2000146807A
Authority: JP
Inventors: Manuel Murijo-Mora Luis; ルイス・マヌエル・ムリジョ−モラ; Atsushi Sato; 敦佐藤
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2000-05-18
Filing date: 2000-05-18
Publication date: 2001-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】光散乱特性（範囲や散乱率）の制御が、瞬時
（リアルタイム）および／または任意に可能な光散乱素
子を提供し、表示装置に適用した場合、観察条件に応じ
て、表示光の散乱方向・範囲などを適宜に調整できるよ
うにする。【解決手段】入射光を散乱出射させる機能を持つ光散乱
素子と、屈折率の変調が可変な屈折率変調媒体、とを少
なくとも備えてなる光散乱素子であって、屈折率変調媒
体の屈折率の変調に応じて、出射光の散乱範囲が制御さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、入射光を散乱出射
させる機能を持つ素子とそれを用いた表示装置に関し、
特に、（リアルタイムで）瞬時に散乱出射光の光散乱特
性が制御されるような光散乱素子とそれを用いた表示装
置に関する。前記表示装置としては、投射型テレビジョ
ンや液晶表示装置（ＬＣＤ）などが例示される。

【０００２】上記の投射型テレビジョンとしては、観察
者側に位置するプロジェクターからの投影光をスクリー
ンに結像させて、反射光としての映像を視覚するタイプ
の「反射型（フロント型）のプロジェクションテレビ」
や、スクリーンを介して観察者とは反対側に位置するプ
ロジェクターからの投影光をスクリーンに結像させて、
透過光としての映像を視覚するタイプの「透過型（リア
型）のプロジェクションテレビ」が含まれる。また、上
記の液晶表示装置としては、バックライトやエッジライ
トなどの特殊光源を必要とせず、周辺光（日光や室内照
明光など）からの反射光を表示光とするタイプの「反射
型液晶表示装置」や、前記の特殊光源を擁するタイプの
「透過型液晶表示装置」が含まれる。

【０００３】なお、本発明において、「散乱」という用
語と「拡散」という用語を光に関して使用する場合、こ
れらは同義である。

【０００４】

【従来の技術】一般に、光散乱あるいは光拡散は、屈
折，反射，回折などの物理現象の下に行なわれ、入射光
が光散乱体に達した後、散乱する光は、入射光とは異な
る方向に拡がって出射する。

【０００５】液晶表示装置では、観察の際の視野角を確
保する（すなわち、表示装置の前面には、明るく表示画
像を見せる）ことや、表示画面の全面に渡って均一な明
るさで表示画像を見えるようにする目的で、装置の前面
に光散乱フィルムを配置することが行なわれている。従
来の光散乱フィルムとしては、表面をマット状に加工し
た樹脂フィルムや、内部に拡散材を包含した樹脂フィル
ムなどが用いられている。

【０００６】上記のフィルムの場合、フィルム本来の光
散乱特性（散乱方向・範囲や散乱率）が予め決まってお
り、表示装置に組み込まれた後では、フィルムを交換し
ない限り、前記特性を任意に変化させることは不可能で
ある。

【０００７】既存の光散乱フィルムでは、予め設定する
ようにフィルムの光散乱特性を設計することは可能であ
るが、作製後のフィルムの光散乱特性を自在に変化させ
ることは不可能であり、表示装置に組み込まれた後で
は、観察条件（例えば、観察環境の明暗や、表示装置に
対して観察者の位置する方向）に応じて、上記特性を
（リアルタイムで）瞬時に／任意に変化させることはで
きない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の主たる目的
は、これまでに報告例のない光散乱特性（範囲や散乱
率）の制御が、瞬時（リアルタイム）および／または任
意に可能な光散乱素子を提供することにあり、表示装置
に適用した場合でも、観察条件に応じて、表示光の散乱
方向・範囲などを適宜に調整できるようにすることにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の可変
型光散乱素子は、入射光を散乱出射させる機能を持つ光
散乱素子と、屈折率の変調が可変な屈折率変調媒体、と
を少なくとも備えてなる光散乱素子であって、屈折率変
調媒体の屈折率の変調に応じて、出射光の散乱方向・範
囲が制御されることを特徴とする。

【００１０】上記の可変型光散乱素子を具体的に構成す
る請求項２の発明は、光散乱素子が、レンズアレイを有
するレンズシートであり、屈折率変調媒体が、表裏の透
明電極間に封入された液晶媒体の屈折率を電気的に変調
する構成の液晶デバイスである請求項１記載の可変型光
散乱素子である。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明を説
明する。図１は、本発明による可変型光散乱素子の一形
態を示す説明図である。入射光を散乱させて出射させる
機能を持つ光散乱素子として、入射光を屈折させて散乱
出射させる「屈折散乱体」が用いられ、同図では、レン
ズアレイを有するレンズシート１を採用しており、

【００１２】屈折率の変調が可変な屈折率変調媒体とし
て、表裏の透明電極間に封入された液晶媒体２を採用し
ている。液晶媒体２は、種類について特に限定を受ける
ものではないが、電圧の印加によるＯＮ／ＯＦＦによ
り、分子配向の変化に応じてその屈折率が変化する特性
を持ち、透光／遮光の状態が変化するものではなく、透
光状態を維持したままで、全面的に屈折率だけが変化す
るものが好適である。

【００１３】レンズシート１としては、１方向（水平ま
たは垂直）にのみ拡散を生じさせるような、シリンドリ
カルレンズ群を有するレンチキュラーシートでも良い
し、または、２方向（水平および垂直）に拡散を生じさ
せるような、レンズアレイが略マトリクス状に配置され
たレンズシート（所謂、はえの目レンズ）であっても良
く、用途に応じて適宜に選択される。また、液晶媒体２
の屈折率を全面的に変調するにあたり、電圧の印加に影
響を及ぼさない範囲であれば、レンズシート１には導電
性は必要でなく、レンズ部を構成する凹凸の深さ・ピッ
チは、液晶の分子配向に影響を及ぼさない程度であれば
良い。また、レンズシート１は、シリンドリカルレンズ
群やレンズアレイのように、周期的な構造を必須とする
ものではない。なお、同図では、レンチキュラーシート
を用いる場合について説明する。

【００１４】また、同図では、レンズシート１が液晶媒
体２と共に表裏の透明電極間に封入されているが、レン
ズシート１は液晶デバイス（電極）の外側に配置された
構成であっても良い。（図示せず）同図に示すように、レンズシート１のレンズ部が液晶媒
体２に接触した状態で封入されている場合には、レンズ
シート１（屈折率；ｎ₀）と液晶媒体２（屈折率；
ｎ₁）との間に屈折率差がないと、レンズシート１がそ
の散乱機能を発揮しないため、両者の屈折率には差異が
必然である。以後、「ｎ₀＜ｎ₁」の前提で、ｎ₁を変
化させる場合について説明する。

【００１５】図２は、上記の可変型光散乱素子３の動作
状態の一例を示す説明図である。可変型光散乱素子３の
基本動作としては、同図の左側から入射光が入り、レン
ズシート１により拡散されて、同図の右側に出射する。
レンズシート１よりも出射側に存在する液晶媒体２に電
圧を印加し、液晶媒体２の屈折率を変調すると、それに
応じて、散乱出射の度合いが変化する。

【００１６】図２(a) は、ｎ₁が低い状態での光散乱の
状態を示す説明図であり、図２(b)は、ｎ₁が高い状態
での光散乱の状態を示す説明図であり、図２(b) に示す
方が光散乱の度合いが大きくなり、入射光を散乱出射さ
せる範囲が拡げられる。

【００１７】逆に、「ｎ₀＞ｎ₁」の前提で、ｎ₁を変
化させる場合には、ｎ₁が低い状態の方が光散乱の度合
いが大きくなる。（図示せず）要するに、レンズシート１と液晶媒体２との屈折率差が
大きいほど、光散乱の度合いが大きくなることになる。

【００１８】本発明の実施形態は、図１，２に限られる
ものではなく、図３に示すように、液晶媒体２を介し
て、入射側・出射側の両側に光散乱素子（レンズシート
１および４）を配置した構成でも良い。光散乱素子を２
箇所に配置する理由としては、上記したように、２方向
（水平および垂直）に拡散を生じさせるような機能を、
２つの光散乱素子によって実現するためである。言うま
でもなく、レンズアレイが略マトリクス状に配置された
レンズシート（所謂、はえの目レンズ）であれば、単独
の光散乱素子で十分である。

【００１９】同図で、レンズシート１は垂直方向の光散
乱素子として機能し、レンズシート４は水平方向の光散
乱素子として機能する。すなわち、それぞれのレンズシ
ートでは、シリンドリカル・レンズが並設される方向は
直交する。

【００２０】この場合も、液晶媒体２の屈折率を変調す
ることで、光散乱の度合いを可変とする機能は、図１，
２の場合に等しいが、はえの目レンズ（単独の光散乱素
子）を用いず、２つの光散乱素子を採用する意義は、レ
ンズシート１，液晶媒体２，レンズシート４の屈折率差
の設定／および変調によっては、光散乱の度合いを、水
平／垂直の方向毎の制御が可能となる利点があるためで
ある。

【００２１】例えば、レンズシート１（垂直）の屈折率
ｎ₀を、可変する液晶媒体２の屈折率ｎ₁が低い状態
（低ｎ₁）に設定し、レンズシート４（水平）の屈折率
ｎ₄を、可変する液晶媒体２の屈折率ｎ₁が高い状態
（高ｎ₁）に設定する場合について考える。（ｎ₀＝低
ｎ₁＜ｎ₁＜高ｎ₁＝ｎ₄）

【００２２】液晶媒体２の屈折率が「低ｎ₁」の時に
は、レンズシート１（垂直）は、その機能を全く果たさ
ず、レンズシート４（水平）のみが機能し、結果とし
て、水平方向のみに散乱出射することになる。液晶媒体
２の屈折率が「高ｎ₁」の時には、レンズシート４（水
平）は、その機能を全く果たさず、レンズシート１（垂
直）のみが機能し、結果として、垂直方向のみに散乱出
射することになる。

【００２３】図４は、図３に示す可変型光散乱素子に対
して入射する光が、垂直／水平共に光散乱されて出射す
る状態を、概念的に示す説明図である。光散乱素子２で
垂直方向に散乱した光が、光散乱素子４で水平方向にも
散乱して、結果として、特定範囲に拡げられて出射して
いる。

【００２４】図１〜４は、「透過して出射」する可変型
光散乱素子に係る説明であったが、本発明は、「反射し
て出射」する可変型光散乱素子への適用も可能であり、
図５は、その実施形態を示す説明図である。反射型の可
変型光散乱素子は、バックライトやエッジライトなどの
特殊光源を必要とする表示装置ではなく、周辺光（日光
や室内照明光）を表示光として用いる反射型液晶表示装
置や、プロジェクターからの投影光を反射結像させて観
察するタイプのプロジェクション・テレビジョン用のス
クリーン（映写幕）への適用が好適である。

【００２５】同図に示すように、可変型光散乱素子のリ
ア側（観察者と反対側）に光反射層５を形成してなる構
成であり、フロント側（観察者側）からの入射光（周辺
光やプロジェクターからの投影光）が、レンズシート１
で屈折拡散され、光反射層５で反射した後、再度レンズ
シート１で屈折拡散された後、液晶媒体２の屈折率の変
調に応じて光散乱の度合いを定められて、最終的な表示
光を生成する光として出射する。（表示パターンは、図
示しない液晶パネルなどにより、規定される）

【００２６】これまでに説明した可変型光散乱素子の
「表示装置」への適用例としては、＜透過型の可変型光散乱素子として＞ (1) 反射型液晶表示装置で、表示パターンを規定する表
示素子（液晶パネル）のフロント側に配置する。 (2) バックライトやエッジライトなどの光源を要するタ
イプの透過型の液晶表示装置で、表示パターンを規定す
る表示素子（液晶パネル）のリア側に配置する。 (3) 透過型プロジェクション・テレビジョン用のスクリ
ーンとして、プロジェクターと観察者の間に位置するよ
うに配置する。 (4) 表示パターンを規定する表示素子として、プラズマ
・ディスプレイやＥＬディスプレイなどの自己発光型の
ディスプレイのフロント側に配置する。

【００２７】＜反射型の可変型光散乱素子として＞ (5) 反射型液晶表示装置で、表示パターンを規定する表
示素子（液晶パネル）のリア側に配置する。 (6) 反射型プロジェクション・テレビジョン用のスクリ
ーンとして、プロジェクターと観察者に面するように配
置する。

【００２８】

【発明の効果】スイッチングにより瞬時（リアルタイ
ム）に屈折率の変調が可変なデバイスを採用すること
で、これまで報告例のない「光散乱特性（範囲や散乱
率）の制御」が、瞬時および／または任意に可能な光散
乱素子を提供することが実現され、本発明による光散乱
素子を各種の表示装置に適用した場合、観察条件に応じ
て、表示光の散乱範囲などを適宜に調整できるようにな
る。

【００２９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による可変型光散乱素子の一形態を示す
説明図。

【図２】図１の可変型光散乱素子の動作状態の一例を示
す説明図。

【図３】本発明による可変型光散乱素子の他の実施形態
を示す説明図。

【図４】図３の可変型光散乱素子に対して入射する光
が、垂直／水平共に光散乱されて出射する状態を、概念
的に示す説明図。

【図５】「反射型」の可変型光散乱素子についての実施
形態を示す説明図。

【符号の説明】

１…光散乱素子（レンズシート）２…屈折率変調媒体（液晶媒体）３…可変型光散乱素子４…光散乱素子（レンズシート）

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０３Ｂ 21/60 Ｇ０３Ｂ 21/60 Ｚ 21/62 21/62 Ｆターム(参考） 2H021 BA02 BA27 2H042 BA03 BA08 BA09 BA12 BA14 BA19 BA20 2H088 EA12 EA44 HA25 HA26 HA28 KA05 MA20 2H091 FA28Y FA28Z FA29Y FA29Z FA41Z KA01 LA16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射光を、散乱出射させる機能を持つ光散
乱素子と、屈折率の変調が可変な屈折率変調媒体、とを少なくとも備えてなる光散乱素子であって、屈折率変調媒体の屈折率の変調に応じて、出射光の散乱
範囲が制御されることを特徴とする可変型光散乱素子。
【請求項２】光散乱素子が、レンズアレイを有するレン
ズシートであり、屈折率変調媒体が、表裏の透明電極間に封入された液晶
媒体の屈折率を電気的に変調する構成の液晶デバイスで
ある請求項１記載の可変型光散乱素子。
【請求項３】２枚のレンズシートの間に液晶媒体が介在
した構成である請求項２記載の可変型光散乱素子。
【請求項４】片面に光反射層が形成され、入射光を散乱
反射して出射させる機能を持つことを特徴とする請求項
１〜３の何れかに記載の可変型光散乱素子。
【請求項５】請求項１〜４の何れかに記載の可変型光散
乱素子を、表示パターンを規定する表示素子の前面（観
察者側）または背面（観察者と反対側）に配置した構成
である表示装置。
【請求項６】表示素子が液晶パネルである請求項５記載
の表示装置。
【請求項７】請求項１〜４の何れかに記載の可変型光散
乱素子を、投射型表示装置用スクリーンに用いてなる表
示装置。