JP2004046243A - Projection display device - Google Patents

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檜山 郁夫
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a projection display device which is high in the effect of reducing the stray light by external unnecessary light of a liquid crystal display device etc., and is bright when an observer views the device from any angles, and which eliminates the stripe patterns produced when the polarized light of a light distribution control element having wide visual field angle characteristics is made incident thereon. <P>SOLUTION: The light distribution control element (100) comprises a transparent base material (104), a plurality of microlens arrays (transparent beads 105) densely arranged on the surface of the transparent base material and a light absorption layer having microapertures in the approximate focal positions of the microlenses, in which the transparent base material is composed of an approximately optically isotropic transparent body or uniaxially optically anisotropic transparent body. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

 本発明は、背面投射型表示装置の透過型スクリーン部材、あるいは、液晶表示装置などの視野角拡大部材として用いることができる配光制御素子を用いた投射型表示装置に関する。 The present invention relates to a projection display device using a light distribution control element that can be used as a transmission screen member of a rear projection display device or a viewing angle widening member such as a liquid crystal display device.

 背面投射型表示装置は、直視型CRTに比べ比較的容易に小型かつ低コストに大画面表示が実現できるため、北米市場を中心に需要が増大している。特に、2次元光学スイッチ素子としてTN(Twisted Nematic)液晶等の液晶表示素子を用いた投射装置を有する背面投射型表示装置は、CRT投射管を用いた背面投射型表示装置と異なり、ドットマトリクス表示により画面の周辺部までボケのない高精細な表示が可能であるため、高解像度ディジタルテレビの本命として期待されている。 Demand for rear projection display devices is increasing, especially in the North American market, because large-screen displays can be realized relatively easily at a small size and at low cost as compared with direct-view CRTs. In particular, a rear-projection display device having a projection device using a liquid crystal display device such as a TN (Twisted Nematic) liquid crystal as a two-dimensional optical switch device is different from a rear-projection display device using a CRT projection tube in dot matrix display. It enables high-definition display without blurring to the periphery of the screen, and is expected as a favorite of high-resolution digital television.

 図11は、背面投射型表示装置の模式断面図である。投射装置701から出射した投射光704がミラー702を介して透過型スクリーン703に照射され、その前面に画像が表示される。 FIG. 11 is a schematic sectional view of a rear projection type display device. Projection light 704 emitted from the projection device 701 is applied to the transmission screen 703 via the mirror 702, and an image is displayed on the front surface thereof.

 透過型スクリーン703は通常、図38に示す通り、フレネルレンズシート1402とレンチキュラレンズシート1401とから構成され、フレネルレンズシート1402は、凸レンズと同じ作用をする光学部品で、投射装置701からの主光線の方向を観察者側に曲げて適視範囲を広げる働きをする。 As shown in FIG. 38, the transmissive screen 703 generally includes a Fresnel lens sheet 1402 and a lenticular lens sheet 1401, and the Fresnel lens sheet 1402 is an optical component having the same function as a convex lens. Is bent to the observer side to expand the suitable viewing range.

 レンチキュラレンズ1401は投射装置701からの限られた投射光束を、観察者の観察範囲に有効に配光し、明るい画像を得ることを目的としている。 The lenticular lens 1401 is intended to effectively distribute the limited projection light flux from the projection device 701 to the observation range of the observer and obtain a bright image.

 図36はレンチキュラレンズの一例を示す模式断面図であり、図37は該レンチキュラレンズの模式斜視図である。 FIG. 36 is a schematic sectional view showing an example of a lenticular lens, and FIG. 37 is a schematic perspective view of the lenticular lens.

 レンチキュラレンズ1401は、シリンドリカルレンズ状のレンズ1501を一方向に複数配列し、光の集光部以外の部分にブラックストライプ1502を設けた構成となっており、レンズ1501の焦点位置をスクリーンの観察面とすることで、理想的には投射光の損失がなく、外光に対するコントラスト比の低下を抑制することができる構成となっている。 The lenticular lens 1401 has a configuration in which a plurality of cylindrical lens-shaped lenses 1501 are arranged in one direction, and a black stripe 1502 is provided in a portion other than the light converging portion. By doing so, the configuration is such that there is ideally no loss of projection light and a decrease in contrast ratio with respect to external light can be suppressed.

 一般に、レンチキュラレンズは、その母線を表示面に対して垂直方向になるように配列することで、水平方向に広い視野角が得られるようにしている。従って、垂直方向への配光はレンチキュラレンズの母材中もしくは、表面部に配合した拡散材による拡散のみのため、垂直方向の視野角は水平方向に比べてかなり狭くなる。また、レンチキュラレンズは直線的な形状のレンズを、規則的に配置しているため画像にモアレ干渉縞が発生し易い。 Generally, a lenticular lens is arranged so that its generatrix is perpendicular to the display surface, so that a wide viewing angle can be obtained in the horizontal direction. Therefore, the light distribution in the vertical direction is only diffused by the diffusion material mixed in the base material of the lenticular lens or on the surface portion, so that the viewing angle in the vertical direction is considerably narrower than that in the horizontal direction. In addition, since the lenticular lens has linear lenses arranged regularly, moire interference fringes are likely to occur in an image.

 これに対し、特許文献1には、図39に示す様な透明基材1601上に球状レンズ1602を敷き詰め、透明樹脂によって固定した構成の透過型スクリーンが開示されている。この構成では、金型を使用しないので製造上大きさの制限がなく、継ぎ目のない大画面の透過型スクリーンが実現できる。さらに、球状レンズ側から入射する光は球状レンズのレンズ効果により収束し、等方的に発散するため、水平、垂直両方向共に広視野角が得られる。 On the other hand, Patent Document 1 discloses a transmission screen having a configuration in which a spherical lens 1602 is spread over a transparent substrate 1601 as shown in FIG. 39 and fixed with a transparent resin. In this configuration, since a mold is not used, there is no limitation on the size in manufacturing, and a large-screen transmissive screen without any seams can be realized. Further, light incident from the spherical lens side converges due to the lens effect of the spherical lens and diverges isotropically, so that a wide viewing angle can be obtained in both horizontal and vertical directions.

 さらに、非特許文献1には、オプティカルビーズを透明基材上に光吸収接着剤層を介して固着し、透明基材とは反対側のオプティカルビーズ表面を透明バックコートした構造のスクリーンが発表されている。 Further, Non-Patent Document 1 discloses a screen having a structure in which optical beads are fixed on a transparent substrate via a light-absorbing adhesive layer, and the surface of the optical beads opposite to the transparent substrate is transparently back-coated. ing.

 また、特許文献2では微小球体状透明ビーズを、着色ホットメルト接着剤層と透明ホットメルト接着剤層とにより、透明基材上に固定した構造の平面型レンズが開示されている。これらの構造によれば、上記特許文献2号公報と同様に、ビーズのレンズ効果により水平,垂直両方向共に広く、等方的な視野角が得られる。さらに、外部から入射する不要光は、光吸収接着剤層(または、着色ホットメルト接着剤層)で吸収されるため、明るい環境下でも高コントラスト比が得られる。また、ビーズの直径を小さくすることで比較的容易に高解像度を実現できる。 Patent Document 2 discloses a planar lens having a structure in which microsphere-shaped transparent beads are fixed on a transparent substrate by a colored hot-melt adhesive layer and a transparent hot-melt adhesive layer. According to these structures, similarly to the above-mentioned Patent Document 2, the lens effect of the beads makes it possible to obtain an isotropic viewing angle that is wide in both the horizontal and vertical directions. Further, unnecessary light incident from the outside is absorbed by the light absorbing adhesive layer (or the colored hot melt adhesive layer), so that a high contrast ratio can be obtained even in a bright environment. Also, high resolution can be realized relatively easily by reducing the diameter of the beads.

特開平2−77736号公報JP-A-2-77736

特開平9−318801号公報JP-A-9-318801 SID94 DIGEST pp741〜744(A Novel High−Resolution Ambient−Light−Rejecting Rear−ProjectionScreen)SID94 DIGEST pp 741-744 (A Novel High-Resolution Ambient-Light-Rejecting Rear-ProjectionScreen)

 上記従来の平面型レンズ(以下、配光制御素子と呼ぶ)を以下のとおり作製した。透明基材として厚さ120μmの平坦なポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂フィルムを用い、その表面にポリエステル系ホットメルト接着剤からなる透明接着剤層を5μm、その上に同じくポリエステル系ホットメルト接着剤にカーボンブラックを10重量部配合した着色接着剤層を4.5μmを形成し、一旦固化する。 The above-mentioned conventional planar lens (hereinafter, referred to as a light distribution control element) was manufactured as follows. A transparent polyethylene terephthalate (PET) resin film having a thickness of 120 μm is used as a transparent substrate, and a transparent adhesive layer made of a polyester-based hot melt adhesive is formed on the surface thereof with a thickness of 5 μm. A colored adhesive layer containing 10 parts by weight of black is formed to a thickness of 4.5 μm, and is once solidified.

 その上に屈折率1.935(波長589.3nm)、直径50μmの球状のガラス製透明ビーズを密に分散配置し、恒温槽内で透明接着剤層および着色接着剤層を加熱して軟化させつゝ、加圧板により透明ビーズを透明基材側へ加圧して着色接着剤層および透明接着剤層に埋没し、固着した。固着後の接着層の厚さは透明接着剤層と着色接着剤層とを合わせ約21μmで、透明ビーズはその直径の約58%が接着剤層から露出していた。 Spherical glass transparent beads having a refractive index of 1.935 (wavelength 589.3 nm) and a diameter of 50 μm are densely dispersed and disposed thereon, and the transparent adhesive layer and the colored adhesive layer are heated and softened in a thermostat. Next, the transparent beads were pressed against the transparent substrate side by a pressure plate to be buried and fixed in the colored adhesive layer and the transparent adhesive layer. The thickness of the adhesive layer after fixing was about 21 μm in total of the transparent adhesive layer and the colored adhesive layer, and about 58% of the diameter of the transparent beads was exposed from the adhesive layer.

 作製した配光制御素子を、2次元光学スイッチ素子(ライトバルブ)としてTN型液晶表示素子を用いる投射装置を備えた背面投射型表示装置の透過型スクリーンとして評価したところ、水平方向、垂直方向共に±50°以上の広い視野角(ここでは正面輝度に対して1/2の輝度になる角度)が得られ、さらに、外部(観察者側)から配光制御素子へ入射する不要光は、着色接着剤層で吸収されて、明るい環境下でも低輝度な黒表示が実現できた。 When the produced light distribution control element was evaluated as a transmissive screen of a rear projection display apparatus equipped with a projection apparatus using a TN type liquid crystal display element as a two-dimensional optical switch element (light valve), it was evaluated in both the horizontal and vertical directions. A wide viewing angle of ± 50 ° or more (in this case, an angle at which the luminance becomes 1/2 of the front luminance) can be obtained, and unnecessary light incident on the light distribution control element from the outside (observer side) is colored. Absorbed by the adhesive layer, low-luminance black display was realized even in a bright environment.

 ところが、配光制御素子に映し出された画像を斜め方向から観察したところ、略同心円状の縞模様が現れて、画質が著しく劣化していることが分かった。さらに、斜め方向から観察した際、画像に好ましくない色度変化が生じることも分かった。 However, when the image projected on the light distribution control element was observed from an oblique direction, a substantially concentric striped pattern appeared, and it was found that the image quality was significantly degraded. Furthermore, when observed from an oblique direction, it was also found that an undesirable chromaticity change occurred in the image.

 本発明の目的は上記縞模様の発生による画質の劣化が無い配光制御素子、およびこの配光制御素子を用いた高輝度、高コントラスト比、広視野角の表示装置を提供することにある。上記以外の目的については以下の記述から自ずと明らかになるであろう。 An object of the present invention is to provide a light distribution control element which does not cause deterioration in image quality due to the occurrence of the above-mentioned stripe pattern, and a display device having a high luminance, a high contrast ratio, and a wide viewing angle using the light distribution control element. Other purposes will become apparent from the following description.

 本発明者らは、縞模様の発生と色度変化の原因を探るため、上記従来の配光制御素子についてより詳細な検討を行なった。その結果、縞模様は配光制御素子に偏光が入射した際に生じるもので、透明基材の光学的異方性により該基材内を異なる角度で進行する光に異なる位相差が生じること、および、透明基材から出射する光のp偏光成分とs偏光成分のエネルギー透過率の差が組み合わされて生じることを見出した。また、本配光制御素子の配光特性は、入射する光の偏光状態に依存して変化するため、これが色度変化の原因なっていることを見出した。上記に基づき到達した本発明の要旨は次のとおりである。 The present inventors conducted a more detailed study on the above-mentioned conventional light distribution control element in order to investigate the causes of the occurrence of a stripe pattern and a change in chromaticity. As a result, the stripe pattern is generated when polarized light is incident on the light distribution control element, and a different phase difference occurs in light traveling at different angles in the transparent substrate due to the optical anisotropy of the transparent substrate, Further, they have found that the difference in energy transmittance between the p-polarized light component and the s-polarized light component of the light emitted from the transparent substrate is generated in combination. Further, the present inventors have found that the light distribution characteristics of the present light distribution control element change depending on the polarization state of incident light, and this causes a change in chromaticity. The gist of the present invention reached on the basis of the above is as follows.

 〔1〕 透明基材と、この透明基材の一方の面上に密に配置された多数の微小レンズと、前記微小レンズの略焦点位置に微小開口部を有する光吸収層を備えた配光制御素子において、前記透明基材が光学的に略等方な透明体、もしくは、一軸性光学異方性の透明体で構成されていることを特徴とする配光制御素子。 [1] Light distribution including a transparent base material, a large number of microlenses densely arranged on one surface of the transparent base material, and a light absorbing layer having a fine opening at a substantially focal position of the microlens. The light distribution control element, wherein the transparent substrate is made of an optically isotropic transparent body or a uniaxial optically anisotropic transparent body.

 これを用いることにより、画質に影響を与えるような位相差の発生を抑制することで偏光入射時の縞模様の発生を解消したものである。 By using this, the occurrence of a stripe pattern when polarized light is incident is suppressed by suppressing the occurrence of a phase difference that affects the image quality.

 〔2〕 光学画像を投射する投射装置と、前記投射装置からの投射光が背面から入射し、これを前面に表示する透過型スクリーンを備える背面投射型表示装置において、
 前記投射装置が光源と、該光源からの光を画像情報に応じて光学画像に変調する2次元光学スイッチ素子と、変調後の光学画像を拡大投射する投射レンズを有する単管式投射装置を備え、
 前記投射装置から出射された前記変調後の光学画像が前記透過型スクリーンへ入射する際、前記2次元光学スイッチ素子で形成された光学画像光の偏光状態を可視波長全域で略一致させる偏光状態揃え手段を有し、
 前記透過型スクリーンが、透明基材と、この透明基材の一方の面上に密に配置された多数の微小レンズと、前記微小レンズの略焦点位置に微小開口部を有する光吸収層を備え、前記透明基材が光学的に略等方な透明体、もしくは、一軸性光学異方性の透明体で構成された配光制御素子と、この配光制御素子の投射光入射側に設けた光束平行化手段により構成されていることを特徴とする背面投射型表示装置。
[2] A projection device that projects an optical image, and a projection light from the projection device is incident from the back, and a rear projection display device including a transmission screen that displays the projection light on the front,
The projection device includes a light source, a two-dimensional optical switch element that modulates light from the light source into an optical image according to image information, and a single-tube projection device that has a projection lens that enlarges and projects the modulated optical image. ,
When the modulated optical image emitted from the projection device enters the transmissive screen, the polarization state of the optical image light formed by the two-dimensional optical switch element is substantially matched over the entire visible wavelength range. Having means,
The transmission screen includes a transparent substrate, a large number of minute lenses densely arranged on one surface of the transparent substrate, and a light absorbing layer having a minute opening at a substantially focal position of the minute lens. A light distribution control element in which the transparent substrate is made of an optically substantially isotropic transparent body, or a uniaxial optically anisotropic transparent body, and provided on the incident light incident side of the light distribution control element. A rear projection display device comprising a light beam collimating means.

 上記により、配光制御素子へ入射する投射光(光学画像光)の偏光状態は可視波長域全域で一致している。このため、配光制御素子の配光特性の偏光依存性による色付きは起こらず、斜め方向から観察しても色度変化のない高画質な表示を実現することができる。 According to the above, the polarization state of the projection light (optical image light) incident on the light distribution control element is the same in the entire visible wavelength range. For this reason, coloring due to the polarization dependence of the light distribution characteristics of the light distribution control element does not occur, and a high-quality display with no change in chromaticity even when viewed from an oblique direction can be realized.

 さらに、上記配光制御素子へ入射する画像光は、略平行状態で、かつ、実質的に入射角度0°で入射するため、配光制御素子での透過率低下が抑制されて明るい表示画像が得られる。 Furthermore, since the image light incident on the light distribution control element is substantially parallel and incident at an incident angle of substantially 0 °, a decrease in transmittance at the light distribution control element is suppressed and a bright display image is obtained. can get.

 〔3〕 前記2次元光学スイッチ素子が偏光を利用して表示を行なう2次元光学スイッチ素子であり、前記2次元光学スイッチ素子で形成された光学画像光の偏光状態を電気ベクトルの振動方向が前記透過型スクリーン表示面に対して水平方向の直線偏光、垂直方向の直線偏光、円偏光、楕円偏光のいずれかに変換する偏光状態変換手段を備えている前記の背面投射型表示装置。 [3] The two-dimensional optical switch element is a two-dimensional optical switch element that performs display using polarized light, and the polarization state of the optical image light formed by the two-dimensional optical switch element is determined by the oscillation direction of the electric vector. The above rear projection display device comprising a polarization state converting means for converting any one of linear polarized light in a horizontal direction, linear polarized light in a vertical direction, circular polarized light, and elliptically polarized light with respect to a transmission screen display surface.

 上記により、配光制御素子に入射する光学画像光の偏光状態を制御できるため、透過型スクリーンの構成を変えなくても、配光制御素子の配光特性の偏光依存性により、視野角特性を容易に変えられる背面投射型表示装置が実現できる。 As described above, since the polarization state of the optical image light incident on the light distribution control element can be controlled, the viewing angle characteristic can be improved without changing the configuration of the transmission screen due to the polarization dependence of the light distribution characteristic of the light distribution control element. A rear projection display device that can be easily changed can be realized.

 〔4〕 前記背面投射型表示装置において、観察者の有無を感知する観察者感知部と、該観察者感知部の感知信号により水平および垂直方向の観察者の位置を断する観察者位置判断手段と、該観察者位置判断手段の情報に基づき偏光状態変換素子に制御信号を出力する制御信号出力手段を備えている前記の背面投射型表示装置。 [4] In the rear projection display device, an observer sensing unit for sensing the presence or absence of an observer, and an observer position judging unit for cutting off the position of the observer in the horizontal and vertical directions based on a sensing signal of the observer sensing unit. And a control signal output means for outputting a control signal to the polarization state conversion element based on the information of the observer position determination means.

 上記により、観察者の位置を自動的に判断し、この位置情報をもとに投射光の偏光状態を変えることで観察者の位置に応じた視野角特性を得ることが可能となる。つまり、観察者の位置に応じて視野角特性を自動的に変え、限られた映像光を観察者の方向へ有効に配光して、観察者に良好な映像を提供するものである。 According to the above, it is possible to automatically determine the position of the observer and change the polarization state of the projection light based on the position information to obtain a viewing angle characteristic corresponding to the position of the observer. In other words, the viewing angle characteristics are automatically changed according to the position of the observer, and the limited image light is effectively distributed to the observer to provide a good image to the observer.

 〔5〕 前記投射装置が光源と、該光源からの光を画像情報に応じて光学画像に変調する2次元光学スイッチ素子と、変調後の光学画像を拡大投射する投射レンズを有する単管式投射装置を備え、
 前記透過型スクリーンが、透明基材と、該透明基材の一方の面上に密に配置された多数の微小レンズと、前記微小レンズの略焦点位置に微小開口部を有する光吸収層を有する配光制御素子と、該配光制御素子の投射光入射側に配置された光束平行化手段を有しており、
 前記投射装置から出射し、前記透過型スクリーンに入射する投射光を略無偏光とする無偏光化手段を有することを特徴とする背面投射型表示装置。
[5] The single-tube type projection system in which the projection device includes a light source, a two-dimensional optical switch element that modulates light from the light source into an optical image according to image information, and a projection lens that enlarges and projects the modulated optical image. Equipment,
The transmission screen includes a transparent substrate, a large number of minute lenses densely arranged on one surface of the transparent substrate, and a light absorbing layer having a minute opening at a substantially focal position of the minute lens. A light distribution control element, comprising light flux collimating means arranged on the incident side of the light distribution control element;
A rear-projection display device, comprising: a depolarizing unit that makes the projection light emitted from the projection device and incident on the transmission screen substantially non-polarized.

 上記により、透過型スクリーンを構成する配光制御素子に入射する光学画像光は無偏光となっているため、配光制御素子の配光特性の偏光依存性による色度変化は起こらない。また、配光制御素子の透明基材の光学異方性によって、偏光入射時に生じる縞模様も発生しないため、画質劣化のない美しい画像を得ることができる。また、透明基材として光学異方性のある透明体を用いても画質の劣化がないので、その材料の選択範囲が広くなり、より安価で、高強度の配光制御素子からなる透過型スクリーンが実現できる。 According to the above, since the optical image light incident on the light distribution control element constituting the transmission screen is non-polarized, the chromaticity does not change due to the polarization dependence of the light distribution characteristic of the light distribution control element. In addition, a striped pattern generated upon incidence of polarized light does not occur due to the optical anisotropy of the transparent substrate of the light distribution control element, so that a beautiful image without image quality degradation can be obtained. Further, even if a transparent material having optical anisotropy is used as the transparent substrate, there is no deterioration in image quality. Therefore, the selection range of the material is widened, and a transmissive screen comprising a light-intensity light distribution control element at a lower cost is used. Can be realized.

 〔6〕 透明電極と配向膜が積層形成され、かつ、前記配向膜形成面を対向させて一定の間隙をもって接合された一対の透明基板と、前記間隙に封入された液晶層と、前記透明電極に画像信号に対応した電圧を印加する電圧印加手段と、前記一対の透明基板の光入射面側と光出射面側に偏光子および検光子を配置した液晶表示装置において、
 前記一対の透明基板の背面に略平行な光を出射するバックライト装置を配置し、
 前記一対の透明基板の光出射面側に、透明基材と、この透明基材の一方の面上に密に配置された多数の微小レンズと、前記微小レンズの略焦点位置に微小開口部を有する光吸収層を備え、前記透明基材が光学的に略等方な透明体、もしく、一軸性光学異方性の透明体で構成された配光制御素子を配置したことを特徴とする液晶表示装置。
[6] A pair of transparent substrates in which a transparent electrode and an alignment film are laminated and formed, and the alignment film forming surfaces are opposed to each other and bonded with a certain gap; a liquid crystal layer sealed in the gap; A voltage applying means for applying a voltage corresponding to an image signal, and a liquid crystal display device in which a polarizer and an analyzer are arranged on a light incident surface side and a light emission surface side of the pair of transparent substrates,
A backlight device that emits substantially parallel light is arranged on the back surface of the pair of transparent substrates,
On the light emitting surface side of the pair of transparent substrates, a transparent substrate, a large number of minute lenses densely arranged on one surface of the transparent substrate, and a minute opening at a substantially focal position of the minute lens. Comprising a light-absorbing layer having, wherein the transparent substrate is an optically substantially isotropic transparent body, or a light distribution control element formed of a uniaxial optically anisotropic transparent body. Liquid crystal display.

 これにより、良好な画質が得られる正面近傍の限定された範囲の光のみを配光制御素子により等方的に拡散することができるので、広い視野角範囲で色調変化や階調反転がなく、コントラスト比の高い画像が得られる液晶表示装置が実現できる。 Accordingly, only light in a limited range near the front where good image quality is obtained can be isotropically diffused by the light distribution control element, so that there is no color tone change or gradation inversion over a wide viewing angle range, A liquid crystal display device capable of obtaining an image with a high contrast ratio can be realized.

 〔7〕 前記一対の透明基板の光入射面に偏光子を配置し、光出射面に透明基板側から順に検光子、配光制御素子を配置し、さらに、前記検光子の直線偏光の透過軸を表示面に対して水平方向に配置した前記液晶表示装置。 [7] A polarizer is arranged on the light incident surface of the pair of transparent substrates, an analyzer and a light distribution control element are arranged on the light emitting surface in order from the transparent substrate side, and further, a transmission axis of linearly polarized light of the analyzer. Wherein the liquid crystal display device is disposed horizontally with respect to the display surface.

 これにより、配光制御素子の配光特性の偏光依存性により、表示面に対して垂直方向よりも水平方向の視野角が広くなり、限られた光を観察者に有効に配分することができる。 Thereby, due to the polarization dependence of the light distribution characteristics of the light distribution control element, the viewing angle in the horizontal direction is wider than that in the vertical direction with respect to the display surface, and limited light can be effectively distributed to the observer. .

 〔8〕 前記一対の透明基板の光入射面に偏光子を配置し、光出射面に透明基板側から順に検光子、配光制御素子を配置し、さらに、前記検光子と前記配光制御素子の間に位相差板を配置した前記液晶表示装置。 [8] A polarizer is arranged on the light incident surface of the pair of transparent substrates, and an analyzer and a light distribution control element are arranged on the light emission surface in order from the transparent substrate side, and further, the analyzer and the light distribution control element are further arranged. The liquid crystal display device described above, wherein a retardation plate is disposed between the two.

 これにより、配光制御素子に入射する光の偏光状態を、検光子と配光制御素子の間に配置した位相板によって任意に変え得るので、位相差板を変更するだけで配光制御素子の配光特性の偏光依存性を利用して、所望の視野角のものを得ることができる。 Thereby, the polarization state of the light incident on the light distribution control element can be arbitrarily changed by the phase plate arranged between the analyzer and the light distribution control element, so that the light distribution control element can be changed only by changing the phase difference plate. A desired viewing angle can be obtained by utilizing the polarization dependence of the light distribution characteristics.

 上記のとおり、本発明の配光制御素子は、透明基材として光学的に略等方、あるいは、面内に光学軸を有する一軸異方性の透明体を用いることで、偏光を入射しても、縞模様の発生による画質劣化がなく、広い視野角が得られるという効果がある。従って、本発明の配光制御素子は液晶表示装置のように偏光を利用する表示装置の視野角拡大手段として用いることができる。 As described above, the light distribution control element of the present invention is optically substantially isotropic as a transparent substrate, or, by using a uniaxially anisotropic transparent body having an in-plane optical axis, to enter polarized light. Also, there is an effect that the image quality is not deteriorated due to the occurrence of the stripe pattern and a wide viewing angle can be obtained. Therefore, the light distribution control element of the present invention can be used as a viewing angle enlarging means of a display device utilizing polarization such as a liquid crystal display device.

 また、本発明の背面投射型表示装置は、その透過型スクリーンを本発明の配光制御素子と、その光入射側に配置したフレネルレンズとで構成し、配光制御素子に入射する投射光の入射角度を実質的に0度としたことで、配光制御素子での透過率低下が抑制され、明るい表示画像が得られる。さらに、投射装置として単管式の投射装置を用いることで、配光制御素子の光入射角度依存性により生じるカラーシフトや色付きが生じないので、高品位な画像が得られる。 Further, the rear projection type display device of the present invention is configured such that the transmission type screen is constituted by the light distribution control element of the present invention and a Fresnel lens arranged on the light incident side thereof, and the projection screen of the projection light incident on the light distribution control element is formed. By setting the incident angle to substantially 0 degrees, a decrease in transmittance at the light distribution control element is suppressed, and a bright display image is obtained. Furthermore, by using a single-tube type projection device as the projection device, color shift or coloring caused by the dependence of the light distribution control element on the light incident angle does not occur, so that a high-quality image can be obtained.

 また、本発明の背面投射型表示装置では、投射装置から出射する投射光の偏光状態を、各色光共に一致させることで配光制御素子の配光特性の偏光依存性により生じる色付きを解消して、高品位な画像を得ることができる。 Further, in the rear projection type display device of the present invention, the coloring state caused by the polarization dependence of the light distribution characteristics of the light distribution control element is eliminated by matching the polarization state of the projection light emitted from the projection apparatus with each color light. And high-quality images can be obtained.

 さらに、配光制御素子が、どの角度から見ても明るく広い視野角特性を有し、外部不要光による迷光の低減効果が高いので、明るい環境下でも低輝度な黒表示の実現により、高コントラスト比の表示が実現できる。 In addition, the light distribution control element has a bright and wide viewing angle characteristic from any angle, and has a high effect of reducing stray light due to external unnecessary light. The display of the ratio can be realized.

 また、本発明の背面投射型表示装置では、配光制御素子の微小レンズとして、略同心円状の微小レンズを用い、透過型スクリーンに投射される光の偏光状態を変え得る偏光状態変換素子を設けたことで、スクリーンの構成を変えることなく、表示装置の視野角特性を容易に変え得ると云う効果がある。 Further, in the rear projection display device of the present invention, a substantially concentric microlens is used as a microlens of the light distribution control element, and a polarization state conversion element capable of changing the polarization state of light projected on the transmission screen is provided. This has the effect that the viewing angle characteristics of the display device can be easily changed without changing the configuration of the screen.

 さらに、この背面投射型表示装置に観察者の有無を感知する観察者感知部と、該感知部の感知信号により観察者の水平および垂直方向の位置を判断する観察者位置判断手段と、該位置判断手段の情報に基づき偏光状態変換素子に制御信号を出力する制御信号出力手段を付加したことで観察者の位置を自動的に判断して投射光の偏光状態を変えることで、観察者の位置に応じた視野角特性を得ることが可能となる。つまり、観察者の位置に応じて視野角特性が自動的に変わり、限られた映像光が観察者の方向へ有効に配光できるので、観察者は任意の位置で良好な映像が得られると云う効果がある。 Further, an observer sensing unit that senses the presence or absence of an observer in the rear projection display device, observer position determining means that determines a horizontal and vertical position of the observer based on a sensing signal of the sensing unit, By adding a control signal output unit that outputs a control signal to the polarization state conversion element based on the information of the determination unit, the position of the observer is automatically determined to change the polarization state of the projection light, and the position of the observer is changed. It is possible to obtain a viewing angle characteristic according to. That is, the viewing angle characteristic automatically changes according to the position of the observer, and the limited image light can be effectively distributed in the direction of the observer, so that the observer can obtain a good image at any position. This has the effect.

 また、本発明の背面投射型表示装置では、透過型スクリーンへ入射する投射装置からの投射光を無偏光とすることで、配光制御素子の配光特性の偏光依存性による色付きや、縞模様のない高品位な画像を得ることができる。 Further, in the rear projection display device of the present invention, by making the projection light from the projection device incident on the transmission type screen unpolarized, coloring due to the polarization dependence of the light distribution characteristics of the light distribution control element, or stripes It is possible to obtain a high-quality image without any problem.

 この場合、配光制御素子の透明基材としては、光学異方性のある材料を用いてもよいため、該材料の選択範囲が広くなり、より安価で強度の高い材料を用いた透過型スクリーンを低コストで実現できる。 In this case, as the transparent base material of the light distribution control element, a material having optical anisotropy may be used, so that the selection range of the material is widened, and a transmissive screen using a less expensive and high strength material is used. Can be realized at low cost.

 また、本発明の液晶表示装置では、その表面側に本発明に係る配光制御素子を配置し、バックライト装置に略平行な照明光を出射するものを用いることより、正面近傍の範囲の光のみを配光制御素子により等方的に拡散することができるため、広い視野角範囲で色調変化や階調反転がなく、コントラスト比の高い画像の液晶表示装置が得られる。 Further, in the liquid crystal display device of the present invention, the light distribution control element according to the present invention is arranged on the front surface side, and the device that emits illumination light substantially parallel to the backlight device is used, so that the light in the range near the front is used. Since only the light distribution control element can diffuse isotropically, a liquid crystal display device having an image with a high contrast ratio without color tone change or gradation inversion over a wide viewing angle range can be obtained.

 さらに、本発明の液晶表示装置では配光制御素子に入射する光を表示面に対して水平方向の振動方向を有する直線偏光とすることで、表示面垂直方向よりも水平方向の視野角を広くして、限られた光を観察者に有効に配分できる。 Further, in the liquid crystal display device of the present invention, the light incident on the light distribution control element is linearly polarized light having a vibration direction in the horizontal direction with respect to the display surface, so that the viewing angle in the horizontal direction is wider than in the vertical direction on the display surface. Thus, the limited light can be effectively distributed to the observer.

 また、本発明の液晶表示装置では配光制御素子に入射する光の偏光状態を、検光子と配光制御素子の間に配置する位相差板によって任意に変えられるため、位相差板を変更するだけで、配光制御素子の配光特性の偏光依存性を利用し、所定の視野角を得ることもできる。 Further, in the liquid crystal display device of the present invention, the polarization state of light incident on the light distribution control element can be arbitrarily changed by a phase difference plate disposed between the analyzer and the light distribution control element. In this way, a predetermined viewing angle can be obtained by utilizing the polarization dependence of the light distribution characteristics of the light distribution control element.

 本発明の実施の形態について図面に基づき説明する。図1は本発明の配光制御素子の一例を示す模式断面図で、図2はその模式斜視図である。 実 施 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of a light distribution control element of the present invention, and FIG. 2 is a schematic perspective view thereof.

 この配光制御素子は、透明基材101と、その表面に形成されたホットメルト接着剤層104と、該接着剤層104に固着された複数の微小球状の透明ビーズ105で構成される。 This light distribution control element is composed of a transparent base material 101, a hot melt adhesive layer 104 formed on the surface thereof, and a plurality of microspherical transparent beads 105 fixed to the adhesive layer 104.

 透明基材101は、それ自体が剛性を有する板状の基材であってもよいし、フィルム状の基材であってもよいが、光学的に略等方、もしくは、板面または膜面に平行な方向に光学軸を有する1軸異方性の透明体を用いることが重要である。 The transparent substrate 101 may be a plate-shaped substrate having rigidity itself, or may be a film-shaped substrate. However, the substrate is optically substantially isotropic, or has a plate surface or a film surface. It is important to use a uniaxially anisotropic transparent body having an optical axis in a direction parallel to.

 具体的にはガラス板、射出成形によるアクリル樹脂板等の光学的に略等方な透明板、あるいは、キャスティング法やエキストルージョン法等により製膜し、必要に応じて一軸延伸したポリカーボネート樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリエステル系樹脂、セルロース系樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリオレフィン系樹脂等の光学的に略等方、または、膜面に平行な光学軸を有する1軸異方性の透明フィルムが用いられる。 Specifically, a glass plate, an optically substantially isotropic transparent plate such as an injection-molded acrylic resin plate, or a polycarbonate resin formed by casting or extrusion, and then uniaxially stretched as necessary. A uniaxially anisotropic transparent film having an optical axis substantially optically isotropic such as a vinyl resin, a polyester-based resin, a cellulose-based resin, a polyvinyl alcohol resin, and a polyolefin-based resin or having an optical axis parallel to the film surface is used.

 ホットメルト接着剤層104は、透明層102と着色層103の順に積層した構成となっている。該接着剤層は透明基材101と透明ビーズ105に対して十分な接着力を有するものを用いる。これにはアクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂等からなるホットメルト接着剤を用いることができる。また、着色層103は、これらの接着剤をベースにしてカーボンブラック等の顔料を分散させることで着色したもの、あるいは、染料による染色により着色したものなどが用いられる。 The hot melt adhesive layer 104 has a configuration in which the transparent layer 102 and the coloring layer 103 are laminated in this order. The adhesive layer has a sufficient adhesive strength to the transparent substrate 101 and the transparent beads 105. For this, a hot melt adhesive made of an acrylic resin, a polyester resin, a polyamide resin, a polyurethane resin, or the like can be used. As the coloring layer 103, a layer colored by dispersing a pigment such as carbon black based on these adhesives or a layer colored by dyeing with a dye is used.

 透明ビーズ105は、ガラス製もしくは光学的に等方で透明な樹脂製の球状ビーズが用いられ、その屈折率が高いものほど透明ビーズに入射した光の屈折角が大きくなるため、配光制御素子の光出射角度(視野角)は広くなる。しかし、その分正面の輝度が低下すると共に表面での反射や、透明基材101と空気との界面での反射が多くなり全光線透過率は低下する。 As the transparent beads 105, glass or optically isotropic transparent resin spherical beads are used, and the higher the refractive index, the larger the refraction angle of light incident on the transparent beads. Has a wider light emission angle (viewing angle). However, the brightness at the front is reduced by that much, and the reflection at the surface and the reflection at the interface between the transparent substrate 101 and the air are increased, so that the total light transmittance is reduced.

 また、透明ビーズ105の光出射面側の開口部、即ち、透明ビーズ105と透明接着剤層102との接触部分に効率良く光を通すためには、透明ビーズに入射した光の光出射面側での収束面積を小さくする方が有利である。この場合、透明ビーズの光入射側の媒質が空気であれば、屈折率1.6〜2.1程度とすることで、光出射面での収束面積は十分小さくできる。さらに、上記屈折率を1.9〜2.1とすることで、より小さな収差で集光することが可能である。 Also, in order to efficiently transmit light to the opening on the light emitting surface side of the transparent beads 105, that is, the contact portion between the transparent beads 105 and the transparent adhesive layer 102, the light incident on the transparent beads on the light emitting surface side It is advantageous to reduce the convergence area at. In this case, if the medium on the light incident side of the transparent beads is air, the convergence area on the light emitting surface can be made sufficiently small by setting the refractive index to about 1.6 to 2.1. Further, by setting the refractive index to 1.9 to 2.1, it is possible to collect light with smaller aberration.

 透明ビーズ105の屈折率は、これらの条件を踏まえた上で配光制御素子に要求される特性、即ち、視野角や明るさ(ゲイン)の仕様に適合するよう選択する。また、必要に応じて異なる屈折率の透明ビーズを混合して用いることもできる。 (4) The refractive index of the transparent beads 105 is selected based on these conditions so as to conform to the characteristics required for the light distribution control element, that is, the specifications of the viewing angle and the brightness (gain). Further, if necessary, a mixture of transparent beads having different refractive indexes can be used.

 配光制御素子100を表示装置のスクリーンあるいは視野角拡大手段として用いる場合は、透明ビーズ105の直径は表示される画像の解像度に直接影響する。即ち、配光制御素子に表示される画像は、透明ビーズ105の直径以下には解像できない。よって、透明ビーズの直径は配光制御素子に表示すべき画像の画素よりも小さくする必要がある。 In the case where the light distribution control element 100 is used as a screen of a display device or a viewing angle enlarging means, the diameter of the transparent beads 105 directly affects the resolution of the displayed image. That is, the image displayed on the light distribution control element cannot be resolved to a diameter smaller than the diameter of the transparent beads 105. Therefore, the diameter of the transparent beads needs to be smaller than the pixel of the image to be displayed on the light distribution control element.

 高い解像度を得るには透明ビーズ105の直径は小さいほどよいが、透明ビーズ105の直径が光の波長領域に近づくと、透過光の散乱要因が大きくなり正面での輝度や透過率が低下するため、自とその下限は規定される。 To obtain high resolution, the smaller the diameter of the transparent beads 105 is, the better. However, when the diameter of the transparent beads 105 approaches the wavelength region of light, the scattering factor of transmitted light increases and the brightness and transmittance in front decrease. The self and its lower limit are defined.

 上記透明ビーズ105の直径は、表示画像の画素ピッチの1/2以下で、実用的には20〜100μm程度が望ましい。また、透明ビーズ105は、透明基材101の面上に均一、かつ、最大密度に配置するため、できるだけ粒径のばらつきが小さいことが望ましい。実際には粒径のばらつきを10%以内に収めれば配光制御素子としての機能は満足される。 直径 The diameter of the transparent beads 105 is 1 / or less of the pixel pitch of the display image, and is preferably about 20 to 100 μm in practice. Further, in order to arrange the transparent beads 105 uniformly and at the maximum density on the surface of the transparent substrate 101, it is desirable that the dispersion of the particle diameter is as small as possible. Actually, the function as the light distribution control element is satisfied if the variation of the particle size is kept within 10%.

 また、透明ビーズ105は、内部に気泡があると透過率の低下要因となるため、気泡のないものが望ましい。 透明 Further, the transparent beads 105 are desirably free of air bubbles because air bubbles inside the transparent beads 105 cause a reduction in transmittance.

 次に、本発明の配光制御素子100の製法の一例を図3を用いて説明する。 Next, an example of a method for manufacturing the light distribution control element 100 of the present invention will be described with reference to FIG.

 工程(a):透明基材101上に加熱溶融状態、あるいは、溶剤により溶解、または、溶液にコロイド状に分散したホットメルト透明接着剤を、例えば、スピンコート、ナイフコート、ロールコート、スプレーコート、ブレードコートにより塗布し、透明接着剤層102を形成する。 Step (a): A hot-melt transparent adhesive, which is heated and melted on a transparent substrate 101, or dissolved in a solvent, or dispersed in a colloidal form in a solution, is spin-coated, knife-coated, roll-coated, spray-coated, for example. Then, a transparent adhesive layer 102 is formed by coating with a blade coat.

 工程(b):その上に着色接着剤層103を透明接着剤層102と同様の方法で積層し、ホットメルト接着剤層104を形成する。この際、着色接着剤層103と透明接着剤層102が混合しないようにするため、着色接着剤層103の形成は、透明接着剤層102が高温の溶融状態の場合は強制冷却もしくは自然冷却によって温度を下げる。また、透明接着剤層102が溶剤中に溶融状態、または、溶液中にコロイド状に分散した状態であれば乾燥器で溶媒を蒸発させて固化あるいは半固化するとよい。 Step (b): A colored adhesive layer 103 is laminated thereon in the same manner as the transparent adhesive layer 102 to form a hot melt adhesive layer 104. At this time, in order to prevent the colored adhesive layer 103 and the transparent adhesive layer 102 from mixing, the colored adhesive layer 103 is formed by forced cooling or natural cooling when the transparent adhesive layer 102 is in a high-temperature molten state. Decrease temperature. Further, when the transparent adhesive layer 102 is in a molten state in a solvent or in a colloidal state in a solution, the solvent may be evaporated or solidified by a dryer to solidify or semi-solidify.

 工程(c):複数の透明ビーズ105を着色接着剤層103上に少なくとも一層、最大充填密度となるよう分散配置する。この際、着色接着剤層103は固化または半固化状態では接着性がないので、透明ビーズ105は比較的容易に最大充填密度に分散配置できる。 Step (c): A plurality of transparent beads 105 are dispersed and arranged on the colored adhesive layer 103 so as to have a maximum packing density of at least one. At this time, since the colored adhesive layer 103 has no adhesive property in a solidified or semi-solidified state, the transparent beads 105 can be dispersed and arranged at the maximum filling density relatively easily.

 次いで上記を恒温槽、赤外線ヒータ等の加熱手段により加熱し、ホットメルト接着剤層104を軟化,溶融し、透明ビーズ105を透明基材101に向かって自重あるいは加圧手段により、ホットメルト接着剤層104内に所定の量だけ埋没させる。 Next, the above is heated by a heating means such as a thermostat, an infrared heater, etc., so that the hot melt adhesive layer 104 is softened and melted. A predetermined amount is buried in the layer 104.

 工程(d):透明ビーズ105が埋没した状態で、ホットメルト接着剤層104の温度を常温まで下げて固化し、透明ビーズを固着する。 Step (d): With the transparent beads 105 buried, the temperature of the hot melt adhesive layer 104 is lowered to room temperature and solidified to fix the transparent beads.

 なお、ホットメルト接着剤層104への透明ビーズ105の埋没深さは、該ビーズ直径の50〜80%が露出するようにすることが望ましい。露出量がこれより少ない場合は、着色接着剤層による吸収で透明ビーズ105への入射光量が低下して透過率が低下する。また、露出量がこれより大きい場合にはビーズの固着性が不十分となる。 The depth of the transparent beads 105 buried in the hot melt adhesive layer 104 is desirably such that 50 to 80% of the diameter of the beads is exposed. If the amount of exposure is smaller than this, the amount of light incident on the transparent beads 105 decreases due to absorption by the colored adhesive layer, and the transmittance decreases. On the other hand, if the exposure amount is larger than this, the fixation of the beads becomes insufficient.

 上記により、本発明の配光制御素子は、透明ビーズ105が1層分だけ、ほぼ最大充填密度で分散配置され、かつ、その直径の半分以上をホットメルト接着剤層104から光入射側に露出固定させたものを得ることができる。 As described above, in the light distribution control element of the present invention, the transparent beads 105 are dispersed and arranged in one layer at almost the maximum packing density, and at least half of the diameter is exposed from the hot melt adhesive layer 104 to the light incident side. A fixed one can be obtained.

 次に、本発明の配光制御素子の光学的な作用について図1により説明する。配光制御素子100は、前記のとおり光入射面側に透明ビーズ105が1層分だけ、ほぼ最大充填密度で分散配置され、かつ、ビーズ直径の半分以上がホットメルト接着剤層104から光入射側に露出,固定されている。 Next, the optical operation of the light distribution control element of the present invention will be described with reference to FIG. As described above, in the light distribution control element 100, one layer of the transparent beads 105 is dispersed and arranged at almost the maximum packing density on the light incident surface side, and more than half of the bead diameter is incident from the hot melt adhesive layer 104. It is exposed and fixed on the side.

 従って、配光制御素子100に対して垂直入射した平行な入射光106は、その一部が透明ビーズ105同士の隙間の着色接着剤層103に吸収されるが、大部分は透明ビーズ105に入射する。該入射光は透明ビーズ105の屈折作用により収束しつつ、透明ビーズ105と透明接着剤層102との接触部に形成された開口部を通過し、透明基材101を透過,発散しながら出射する。つまり、透明ビーズへの入射光は、透明ビーズのレンズ効果で収束され、等方的に発散するため、等方で広い視野角の配光制御素子が得られる。 Therefore, a part of the parallel incident light 106 perpendicularly incident on the light distribution control element 100 is absorbed by the colored adhesive layer 103 in the gap between the transparent beads 105, but most of the incident light is incident on the transparent beads 105. I do. The incident light is converged by the refraction effect of the transparent beads 105, passes through an opening formed at a contact portion between the transparent beads 105 and the transparent adhesive layer 102, and passes through the transparent substrate 101 and emits while diverging. . In other words, the light incident on the transparent beads is converged by the lens effect of the transparent beads and diverges isotropically, so that a light distribution control element having an isotropic and wide viewing angle can be obtained.

 また、外部から入射する不要光107は、着色接着剤層102で吸収されて、不要光が迷光となり観察されることがない。従って、明るい環境下でも外部不要光による迷光の低減効果が高く、観察者がどの角度から見ても明るく、等方的な視野角特性の配光制御素子を得ることができる。 {Circle around (4)} Unnecessary light 107 entering from the outside is absorbed by the colored adhesive layer 102, and the unnecessary light is not observed as stray light. Therefore, even in a bright environment, the effect of reducing stray light due to external unnecessary light is high, and a light distribution control element that is bright even when viewed from any angle by an observer and has isotropic viewing angle characteristics can be obtained.

 〔偏光入射時の縞模様の解消〕
 次に本発明の配光制御素子特有の効果を明らかにするため、従来の課題であった偏光入射時に斜め方向からの観察した際に現れる縞模様の発生について説明する。
[Elimination of stripe pattern when polarized light is incident]
Next, in order to clarify the effect peculiar to the light distribution control element of the present invention, a description will be given of the occurrence of a stripe pattern which appears when obliquely observed when polarized light is incident, which is a conventional problem.

 図4は、従来(本発明に係る課題について配慮がなされていない)の配光制御素子の偏光入射時の光出射特性を等輝度線図で表したものである。 FIG. 4 is a graph showing the light emission characteristics of a conventional light distribution control element (with no consideration given to the problem of the present invention) at the time of incidence of polarized light in an isoluminance diagram.

 この等輝度線図は、図5に示す出射角度と方位角度で構成する座標系内に最大輝度を100%とし、10%間隔で等輝度となる点を結び表示したものである。
図4中、中央部が出射角度0°(正面)を示し、点線の同心円が出射角度(10°間隔)を示す。また、方位角度は図面下方向を0°とし、反時計回りに増加するように表示する。
This isoluminance diagram is a diagram in which the maximum luminance is set to 100% in a coordinate system constituted by the emission angle and the azimuth angle shown in FIG.
In FIG. 4, the center portion indicates the emission angle of 0 ° (front), and the dotted concentric circles indicate the emission angles (10 ° intervals). The azimuth angle is set to 0 ° in the downward direction in the drawing, and is displayed so as to increase counterclockwise.

 図4に示すとおり、従来の配光制御素子では偏光を入射すると出射角度40°近傍の2点を中心とした略同心円状の輝度変動が現れる。これは、実際には斜め方向から観察した際に縞模様として視認することができる。 (4) As shown in FIG. 4, in the conventional light distribution control element, when polarized light is incident, a substantially concentric luminance fluctuation appears around two points near an emission angle of 40 °. This can actually be visually recognized as a stripe pattern when observed from an oblique direction.

 本測定に用いた従来の配光制御素子は、透明基材101として厚さ120μmの平坦なポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムを用いた。その表面にポリエステル系ホットメルト接着剤からなる透明接着剤層5μm、その上にポリエステル系ホットメルト接着剤にカーボンブラックを10重量部配合した着色接着剤層4.5μmを形成し、この上に屈折率1.935(波長589.3nm)、直径50μmの球状ガラス透明ビーズを密に分散配置し、上記着剤層に埋没、固着したものである。 従 来 The conventional light distribution control element used in this measurement used a flat polyethylene terephthalate (PET) film having a thickness of 120 μm as the transparent substrate 101. A transparent adhesive layer 5 μm made of a polyester hot melt adhesive is formed on the surface, and a color adhesive layer 4.5 μm formed by blending 10 parts by weight of carbon black with the polyester hot melt adhesive is formed thereon. Spherical glass transparent beads having a ratio of 1.935 (wavelength 589.3 nm) and a diameter of 50 μm are densely dispersed and buried and fixed in the adhesive layer.

 透明ビーズ固着後の接着層の厚さは、透明層と着色層合わせて約21μmで、透明ビーズはその直径の約58%が接着剤層から露出していた。 (4) The thickness of the adhesive layer after fixing the transparent beads was about 21 μm in total of the transparent layer and the coloring layer, and about 58% of the diameter of the transparent beads was exposed from the adhesive layer.

 ここで、上記配光制御素子では透明基材101として、2軸延伸したPETフィルムを用いた。これは、2軸延伸フィルムは無延伸フィルムに比べて引張強さや衝撃強さが増大し、透明性、使用温度範囲も改良されるなど物性が著しく向上するためである。また、PETフィルムは、ガラス製透明ビーズとの接着性が良いポリエステル系ホットメルト接着剤との密着性がよく、さらに上記ホットメルト接着剤(溶剤:トルエン)に対する耐溶剤性が良好であるためである。 Here, in the light distribution controlling element, a biaxially stretched PET film was used as the transparent substrate 101. This is because the properties of the biaxially stretched film are remarkably improved, for example, the tensile strength and impact strength are increased as compared with the unstretched film, and the transparency and the operating temperature range are also improved. Further, the PET film has good adhesiveness with a polyester-based hot-melt adhesive having good adhesiveness with glass transparent beads, and has good solvent resistance to the hot-melt adhesive (solvent: toluene). is there.

 上記理由から透明基材に2軸延伸PETフィルムを用いたが、一般に、2軸延伸フィルムは3つの主屈折率(フィルム膜面に垂直な方向:Z軸方向、膜面に平行で互いに直交する方向:X軸およびY軸方向)が互いに異なる2軸異方性の物質となる。 For the above reasons, a biaxially stretched PET film was used as the transparent substrate, but generally, the biaxially stretched film has three main refractive indices (direction perpendicular to the film surface: Z-axis direction, parallel to the film surface, and orthogonal to each other). (Direction: X-axis direction and Y-axis direction).

 2軸異方性とは図6に示すように屈折率楕円体を考えたとき、その切断面形状が円形となり、屈折率異方性が生じない方向が2方向定まる物質のことである。この光の方向を光学軸と云い、光学軸には屈折率異方性がないため、これと平行に進む偏光には位相差が生じない。例えば、上記従来例に用いたPETフィルムの場合、3つの主屈折率はnx=1.678、ny=1.645、nz=1.497であり、図7に示すとおり光学軸はZ軸と23.3°の角度を成すZX平面内に2本存在する。 Biaxial anisotropy is a substance in which, when a refractive index ellipsoid is considered as shown in FIG. 6, its cut surface shape is circular, and directions in which refractive index anisotropy does not occur are determined in two directions. The direction of this light is called an optical axis. Since the optical axis has no refractive index anisotropy, there is no phase difference in polarized light traveling parallel to the optical axis. For example, in the case of the PET film used in the above conventional example, the three main refractive indices are nx = 1.678, ny = 1.645, and nz = 1.497. As shown in FIG. Two exist in the ZX plane forming an angle of 23.3 °.

 PETフィルム内を光学軸に沿って進んだ光は空気との界面で屈折し、出射角度41.6°で出射するため、図4に示した出射角度40°近傍の輝度変動の略中心位置はこの光学軸に相当している。 Since the light that has traveled along the optical axis in the PET film is refracted at the interface with air and exits at an exit angle of 41.6 °, the approximate center position of the luminance variation near the exit angle of 40 ° shown in FIG. This corresponds to the optical axis.

 ここで、特定の偏光状態(直線偏光あるいは楕円偏光)の光が配光制御素子に入射する場合を考える。この場合、配光制御素子に入射した光の大部分は透明ビーズによって収束され、その後、発散して様々な角度でPETフィルム内を進む。この際、PETフィルム内を光学軸に沿って進む光には位相差が生じないので偏光状態は変化しない。 Here, consider a case where light of a specific polarization state (linearly polarized light or elliptically polarized light) enters the light distribution control element. In this case, most of the light incident on the light distribution control element is converged by the transparent beads, and then diverges and travels through the PET film at various angles. At this time, since the light traveling along the optical axis in the PET film has no phase difference, the polarization state does not change.

 ところが、光学軸とずれた角度で進む光には、その角度のずれに対応した位相差が生じるため、偏光の状態、即ち、PETフィルム光出射側界面において光入射面に平行なp偏光成分と、垂直なs偏光成分の割合が変化する。つまり、光学軸方向と異なる方向に進む光には、光学軸とのずれ大きさに対応して、p偏光成分が多い光と、s偏光成分が多い光とが交互に現れることになる。 However, since the light traveling at an angle shifted from the optical axis has a phase difference corresponding to the angle shift, the state of polarization, that is, the p-polarized light component parallel to the light incident surface at the PET film light emission side interface. , The ratio of the vertical s-polarized light component changes. In other words, for light traveling in a direction different from the optical axis direction, light having a large amount of p-polarized component and light having a large amount of s-polarized component appear alternately in accordance with the magnitude of deviation from the optical axis.

 ここで、一般に誘電体表面の屈折で、p偏光とs偏光とではエネルギー透過率に差が生じる。図8は、p偏光とs偏光のエネルギー透過率の違いを例示したもので、PETフィルムから空気中へ光が進行する際の光入射角度とエネルギー透過率の関係を示すグラフである。 Here, the refraction of the dielectric surface generally causes a difference in energy transmittance between p-polarized light and s-polarized light. FIG. 8 illustrates the difference in energy transmittance between p-polarized light and s-polarized light, and is a graph showing the relationship between the light incident angle and the energy transmittance when light travels from the PET film into the air.

 図8のように、p偏光とs偏光とでは最大30%以上の透過率の差が生じる。このため、p偏光成分が多い光と、s偏光成分が多い光とでは、透過光量に差が生じ、輝度の明暗が形成され、これが縞模様として視認されることになる。 の As shown in FIG. 8, there is a maximum transmittance difference of 30% or more between p-polarized light and s-polarized light. Therefore, there is a difference in the amount of transmitted light between light having a large amount of p-polarized light component and light having a large amount of s-polarized light component, and bright and dark brightness is formed, which is visually recognized as a stripe pattern.

 特に透明ビーズに代表される微小レンズを用いた配光制御素子では、微小レンズに入射した光が収束し、発散しながら透明基材内を様々な角度で進行するため、透明基材内での光の進行角度の違いに基づく位相差の違いにより、出射光の輝度むら(変化)が非常に発生し易い。 In particular, in a light distribution control element using a microlens represented by a transparent bead, the light incident on the microlens converges and travels through the transparent substrate at various angles while diverging. Due to the difference in the phase difference based on the difference in the traveling angle of the light, the uneven brightness (change) of the emitted light is very likely to occur.

 本発明の配光制御素子では、透明基材101として光学的に略等方、もしくは、膜面に平行な光学軸を有する1軸異方性のものを用いることを特徴としている。従って、本配光制御素子に入射する偏光は、透明ビーズにより収束し、発散しながら透明基材内を様々な角度で進行するが、透明基材が光学的に等方なため、進行角度による位相差の違いは生じず、偏光状態、即ち、p偏光成分とs偏光成分の割合は出射角度によっても殆ど変化しないので縞模様は発生しない。 光 The light distribution control element of the present invention is characterized in that the transparent base material 101 is substantially optically isotropic or has a uniaxial anisotropy having an optical axis parallel to the film surface. Therefore, the polarized light incident on the present light distribution control element is converged by the transparent beads and travels at various angles in the transparent substrate while diverging. However, since the transparent substrate is optically isotropic, it depends on the traveling angle. No difference in phase difference occurs, and the polarization state, that is, the ratio between the p-polarized component and the s-polarized component hardly changes depending on the output angle, so that no stripe pattern occurs.

 また、配光制御素子に入射する偏光が直線偏光の場合は、透明基材が面内に光学軸を有する一軸異方性の物質であれば、入射直線偏光の電気ベクトルの振動方向を透明基材の遅相軸と平行もしくは垂直とすることで、透明基材内を通過する偏光の進行角度による位相差の違いを小さくでき、縞模様の発生を抑制することができる。 When the polarized light incident on the light distribution control element is linearly polarized light, if the transparent substrate is a uniaxially anisotropic substance having an in-plane optical axis, the oscillation direction of the electric vector of the incident linearly polarized light is determined by a transparent substrate. By making the material parallel or perpendicular to the slow axis of the material, it is possible to reduce the difference in the phase difference due to the advancing angle of the polarized light passing through the transparent substrate, and to suppress the occurrence of a stripe pattern.

 さらに、透明基材が光学的に異方性を有していても、透明基材内を進む光の進行角度よる位相差の違いが小さくて、偏光状態の変化が小さければ輝度の変化は視認されず許容される。 Furthermore, even if the transparent substrate has optical anisotropy, the difference in the phase difference depending on the traveling angle of light traveling in the transparent substrate is small, and the change in the polarization state is small. Not allowed.

 例えば、透明基材内部を進む光の進行角度の違いによる位相差の違いの最大値が1/2波長以下であれば、透明基材内部を通過する光の角度による偏光状態の変化は、最大でもp偏光成分100%の光がs偏光成分100%の光に変換されるに留まるので、輝度の変化は視認され難い。 For example, if the maximum value of the difference in phase difference due to the difference in the traveling angle of light traveling inside the transparent base material is 以下 wavelength or less, the change in the polarization state due to the angle of the light passing through the transparent base material is the largest. However, since the light having the p-polarized component of 100% is merely converted into the light having the s-polarized component of 100%, the change in the brightness is hardly visually recognized.

 より理想的には透明基材内部を通過する光の角度による位相差の違いの最大値を、1/4波長以下に留めることが望ましい。この場合は最大でも、例えば、p偏光成分100%の光はp偏光成分50%、s偏光成分50%の光への変換に留まるので、輝度変化はより認め難くなる。 More ideally, it is desirable to keep the maximum value of the difference in the phase difference depending on the angle of the light passing through the inside of the transparent substrate to 1 / wavelength or less. In this case, at the maximum, for example, the light of 100% of the p-polarized light component is converted into the light of the 50% of the p-polarized light component and the 50% of the s-polarized light component.

 従って、ここで云う光学的に略等方な透明基材とは、透明基材内を進む光の進行角度の違いによる位相差の違いが小さいために、偏光状態の変化も小さくなり、輝度の変化が認められない程度の等方性を示すものを云う。 Therefore, the optically isotropic transparent substrate referred to herein is different from the optically substantially isotropic transparent substrate in that the difference in the phase difference due to the difference in the traveling angle of the light traveling in the transparent substrate is small, so that the change in the polarization state is small and the luminance is low. A material showing isotropicity to the extent that no change is observed.

 上記のとおり、本発明の配光制御素子では、透明基材として光学的に略等方、あるいは、面内に光学軸を有する一軸異方性の透明体を用いたので、偏光を入射しても、縞模様の発生による画質劣化が起こらず、広視野角が得られる。 As described above, in the light distribution control element of the present invention, since a transparent substrate is optically substantially isotropic, or a uniaxially anisotropic transparent body having an in-plane optical axis, polarized light is incident. Also, the image quality is not degraded due to the occurrence of the stripe pattern, and a wide viewing angle can be obtained.

 また、外部から配光制御素子100に入射する不要光107は着色接着剤層102で吸収されるため、不要光が迷光となって観察されることがない。従って、明るい環境下でも外部不要光による迷光が低減される。 {Circle around (2)} Since the unnecessary light 107 entering the light distribution control element 100 from the outside is absorbed by the colored adhesive layer 102, the unnecessary light is not observed as stray light. Therefore, stray light due to external unnecessary light is reduced even in a bright environment.

 なお、上記のとおり誘電体表面のエネルギー透過率は、p偏光とs偏光で異なるため、透明ビーズ105、あるいは、透明基材101の表面においてp偏光成分の透過率は高く、s偏光成分の光は透過率が低くなる。その結果として、入射光の偏光状態によって出射光の配光特性に異方性が生じる。 As described above, since the energy transmittance of the dielectric surface is different between p-polarized light and s-polarized light, the transmittance of the p-polarized component is high on the surface of the transparent beads 105 or the transparent substrate 101, and the light of the s-polarized component is high. Decreases the transmittance. As a result, anisotropy occurs in the light distribution characteristics of the emitted light depending on the polarization state of the incident light.

 例えば、本配光制御素子に直線偏光を入射する場合、直線偏光の電気ベクトルの振動方向に平行な方向の視野角は、これと直交する方向よりも広くなる。この特性を利用すれば、電気ベクトルの振動方向が水平方向である直線偏光を本配光制御素子に入射するようにすることで、垂直方向の視野角よりも水平方向の視野角を大きくできる。 For example, when linearly polarized light is incident on the present light distribution control element, the viewing angle in a direction parallel to the vibration direction of the electric vector of the linearly polarized light is wider than in a direction perpendicular to the direction. If this characteristic is utilized, the horizontal viewing angle can be made larger than the vertical viewing angle by causing linearly polarized light whose electric vector oscillates in the horizontal direction to enter the present light distribution control element.

 また、上記とは逆に、入射する直線偏光の電気ベクトルの振動方向を垂直にすることで、垂直方向の視野角を水平方向の視野角よりも大きくすることができる。さらに、配光制御素子に入射する光を円偏光とすれば、等方的な視野角を得ることも可能である。 逆 Conversely, by making the vibration direction of the electric vector of the incident linearly polarized light vertical, the vertical viewing angle can be made larger than the horizontal viewing angle. Furthermore, if the light incident on the light distribution control element is circularly polarized, an isotropic viewing angle can be obtained.

 即ち、本発明の配光制御素子は、これに入射する光の偏光状態を制御することで、視野角を任意に制御することが可能となる。 In other words, the light distribution control element of the present invention can control the viewing angle arbitrarily by controlling the polarization state of the light incident thereon.

 なお、これまでの説明では、微小レンズとして微小球状の透明ビーズを用いた場合について説明した。しかし、微小集光レンズの形状は集光作用を有する微小体であれば半球体、回転楕円体、円柱、あるいは半円柱、楕円柱等、球体に限るものではない。つまり、本発明の配光制御素子は、集光作用を有する微小レンズと、これを支持する透明基材から構成され、光出射側に配置した透明基材を光学的に略等方な透明体で構成することで、透明基材内を異なる角度で進む光に、異なる位相差が発生するのを防止して、縞模様(輝度むら)の発生を解消したものである。 In the above description, a case has been described in which minute spherical transparent beads are used as the minute lenses. However, the shape of the minute condenser lens is not limited to a sphere such as a hemisphere, a spheroid, a cylinder, or a semicircle, an ellipse, or the like as long as it is a minute body having a light-condensing action. In other words, the light distribution control element of the present invention is composed of a microlens having a light condensing function and a transparent base material supporting the microlens, and the transparent base material arranged on the light emission side is made of an optically isotropic transparent body. With this configuration, different phase differences are prevented from occurring in light traveling at different angles in the transparent base material, and the occurrence of stripe patterns (luminance unevenness) is eliminated.

 次に本発明の配光制御素子を具体的な実施例に基づき説明する。 Next, the light distribution control element of the present invention will be described based on specific examples.

 〔配光制御素子の実施例1〕
 本実施例では、図1,2に示す配光制御素子を以下のとおり作製した。まず、厚さ80μmの平坦なトリアセチルセルロース(TAC)フィルムからなる透明基材101の一表面に、溶剤にトルエンを用いたポリエステル系ホットメルト透明接着剤(東洋紡績製)を、乾燥後の厚さが4μmとなるようナイフコータで塗布し、乾燥器で乾燥後、冷却することで透明接着剤層102を形成、固化した。
[Example 1 of light distribution control element]
In this example, the light distribution control element shown in FIGS. 1 and 2 was manufactured as follows. First, a polyester-based hot melt transparent adhesive (manufactured by Toyobo Co., Ltd.) using toluene as a solvent is applied to one surface of a transparent substrate 101 made of a flat triacetyl cellulose (TAC) film having a thickness of 80 μm. The transparent adhesive layer 102 was formed by coating with a knife coater so as to have a thickness of 4 μm, dried in a drier, and then cooled to form a solid adhesive layer 102.

 次に、上記ポリエステル系ホットメルト接着剤にカーボンブラックを10重量部配合した着色接着剤を、乾燥後の厚さが5.5μmとなるように上記接着剤層102と同様の方法で形成、固化して着色接着剤層103を形成した。 Next, a colored adhesive obtained by mixing 10 parts by weight of carbon black with the polyester-based hot melt adhesive is formed and solidified in the same manner as the adhesive layer 102 so that the thickness after drying is 5.5 μm. Thus, a colored adhesive layer 103 was formed.

 次に、この上に屈折率1.935(波長589.3nm)、直径50μmのガラス製の球状透明ビーズ105を複数個、略最大充填密度となるように分散配置し、加圧板を用いて圧力4.5kg/cm2で透明基材101側へ加圧しながら、恒温槽中で120℃,20分間保持する。その後、常温まで冷却することで透明接着剤層102および着色接着剤層103を固化し、透明ビーズ105を固定する。透明ビーズ固定後のホットメルト接着剤層104の厚さは約21μmであり、透明ビーズ105はその直径の58%が露出していた。 Next, a plurality of spherical transparent beads 105 made of glass having a refractive index of 1.935 (wavelength: 589.3 nm) and a diameter of 50 μm are dispersed and arranged thereon so as to have a substantially maximum packing density. While maintaining the pressure on the transparent substrate 101 side at 4.5 kg / cm 2, it is kept in a thermostat at 120 ° C. for 20 minutes. Thereafter, the transparent adhesive layer 102 and the colored adhesive layer 103 are solidified by cooling to room temperature, and the transparent beads 105 are fixed. The thickness of the hot melt adhesive layer 104 after fixing the transparent beads was about 21 μm, and 58% of the diameter of the transparent beads 105 was exposed.

 なお、透明基材101に用いたTACフィルムは(ne−no)=0.0001、(nz−no)=0.0007と光学的に略等方な透明フィルムであった。 The TAC film used for the transparent substrate 101 was (ne-no) = 0.0001 and (nz-no) = 0.0007, which were optically isotropic transparent films.

 上記の配光制御素子に、無偏光を入射して評価したところ、水平方向、垂直方向共に約±60°の等方的で広い視野角(ここでは正面輝度に対し1/2の輝度に成る角度)が得られた。 When the above light distribution control element was evaluated by inputting unpolarized light, an isotropic and wide viewing angle of about ± 60 ° in both the horizontal and vertical directions (in this case, the luminance becomes 1/2 of the front luminance) Angle) was obtained.

 また、直線偏光を入射したところ、縞模様の原因となる輝度むらは認められず、観察者がどの角度から見ても明るく、広い視野角特性が得られた。 Further, when linearly polarized light was incident, no luminance unevenness causing stripes was observed, and a bright viewing angle characteristic was obtained regardless of the observer's angle.

 図9は、本実施例の配光制御素子の直線偏光入射時の光出射特性を示す等輝度線図であり、図10は本実施例の配光制御素子の直線偏光入射時の水平方向および垂直方向の光出射(配光)特性を示す。 FIG. 9 is an isoluminance diagram showing light emission characteristics of the light distribution control element of the present embodiment when linearly polarized light is incident, and FIG. 10 is a diagram illustrating horizontal and vertical directions of the light distribution control element of this embodiment when linearly polarized light is incident. The light emission (light distribution) characteristics in the vertical direction are shown.

 図9,10に示すとおり、本実施例の配光制御素子は、出射(配光)特性に偏光依存性があり、入射した直線偏光の電気ベクトルの振動方向と平行な方向(図中、水平方向)の視野角(±75°)が、これと直交する方向の視野角(±45°)よりも広くなる。これは以下の理由による。 As shown in FIGS. 9 and 10, the light distribution control element of the present embodiment has a polarization dependence in emission (light distribution) characteristics, and is parallel to the vibration direction of the electric vector of the incident linearly polarized light (horizontal in the drawings). Direction) (± 75 °) is wider than the viewing angle (± 45 °) in a direction perpendicular to the direction. This is for the following reason.

 本配光制御素子では、透明ビーズ105に入射した偏光は、大部分が偏光状態を略維持したまま集光され、拡散し透明基材101内を様々な角度で進行して出射する。この際、透明ビーズ105は球体なので屈折の角度は偏光によらず、等方的となる。しかし、透明ビーズ105表面や透明基材101の光出射側表面では、p偏光とs偏光とでエネルギー透過率が異なるため、透明ビーズ105あるいは透明基材101の表面に対してp偏光成分の透過率は高く、s偏光成分の透過率が低くなり、結果として配光特性に偏光依存性が生じたのである。 In the present light distribution control element, most of the polarized light incident on the transparent beads 105 is collected while substantially maintaining the polarization state, diffuses, travels through the transparent substrate 101 at various angles, and exits. At this time, since the transparent beads 105 are spherical, the angle of refraction is isotropic regardless of polarization. However, since the p-polarized light and the s-polarized light have different energy transmittances on the surface of the transparent beads 105 and the light emitting side of the transparent substrate 101, the transmission of the p-polarized component to the transparent beads 105 or the surface of the transparent substrate 101. The transmittance was high, and the transmittance of the s-polarized light component was low. As a result, the light distribution characteristics were polarization-dependent.

 従って、本配光制御素子に円偏光を入射すれば無偏光を入射した場合と同様に等方的な視野角が得られる。つまり本配光制御素子の様に、微小レンズとして球状透明ビーズのような回転対称な微小レンズを用いれば、入射光の偏光状態により配光特性を比較的容易に変えることが可能となる。 Accordingly, if circularly polarized light is incident on the present light distribution control element, an isotropic viewing angle can be obtained as in the case where non-polarized light is incident. That is, if a rotation-symmetric microlens such as a spherical transparent bead is used as the microlens as in the present light distribution control element, the light distribution characteristics can be relatively easily changed depending on the polarization state of the incident light.

 また、屈折率1.7の透明ビーズを使用したこと以外は、上記実施例と同様の構成で配光制御素子を作製し、無偏光を入射して特性を調べたところ、正面の輝度は上記実施例の1.8倍、視野角は±37°となった。即ち、本配光制御素子では、透明ビーズの屈折率を変えることでゲインおよび視野角を変えることができる。つまり、透明ビーズの屈折率を適切に選ぶことで、所望の特性の配光制御素子を実現することが可能である。 Also, a light distribution control element was manufactured in the same configuration as in the above example except that transparent beads having a refractive index of 1.7 were used, and characteristics were examined by incidence of non-polarized light. The viewing angle was ± 37 °, 1.8 times that of the example. That is, in the present light distribution control element, the gain and the viewing angle can be changed by changing the refractive index of the transparent beads. That is, by appropriately selecting the refractive index of the transparent beads, a light distribution control element having desired characteristics can be realized.

 〔配光制御素子の実施例2〕
 本実施例では、図1および図2に示す配光制御素子を以下のとおり作製した。キャスティング法(溶液流延法)により成膜した厚さ100μmの平坦なポリカーボネート(PC)フィルムからなる透明基材101の一表面に、水系媒質に分散させたポリエステル系ホットメルト透明接着剤を乾燥後の厚さが4μmとなるようにナイフコータにより塗布,加熱乾燥し、その後冷却することで透明接着剤層102を形成、固化した。
[Example 2 of light distribution control element]
In this example, the light distribution control device shown in FIGS. 1 and 2 was manufactured as follows. After drying a polyester hot melt transparent adhesive dispersed in an aqueous medium on one surface of a transparent substrate 101 made of a flat polycarbonate (PC) film having a thickness of 100 μm formed by a casting method (solution casting method). Was applied by a knife coater so as to have a thickness of 4 μm, heated and dried, and then cooled to form a transparent adhesive layer 102 and solidify.

 次に、これにポリエステル系ホットメルト接着剤にカーボンブラックを10重量部配合した着色接着剤層103を、乾燥後の厚さが5.5μmとなるように上記と同様にして形成、固化する。 Next, a colored adhesive layer 103 in which 10 parts by weight of carbon black is mixed with a polyester-based hot melt adhesive is formed and solidified in the same manner as described above so that the thickness after drying is 5.5 μm.

 次に、この上に屈折率1.935(波長589.3nm)、直径50μmのガラス製の球体状の透明ビーズ105を実施例1と同様にしてホットメルト接着剤層104内に埋没,固定した。固定後のホットメルト接着剤層104の厚さは約21μmであり、透明ビーズ105はその直径の58%が露出していた。なお、透明基材101に用いたPCフィルムは(ne−no)≦0.0001以下の光学的に略等方な透明フィルムである。この配光制御素子に円偏光を入射して評価したところ、縞模様の原因となる輝度むらは無く、約±60°の等方的で広い視野角が得られた。また、直線偏光を入射したところ、縞模様の原因となる輝度むらは無く、入射直線偏光の電気ベクトルの振動方向と平行な方向の視野角が、これと直交する方向の視野角よりも広い出射特性が得られた。 Next, glass spherical transparent beads 105 having a refractive index of 1.935 (wavelength 589.3 nm) and a diameter of 50 μm were embedded and fixed in the hot melt adhesive layer 104 in the same manner as in Example 1. . The thickness of the hot melt adhesive layer 104 after fixing was about 21 μm, and 58% of the diameter of the transparent beads 105 was exposed. Note that the PC film used for the transparent substrate 101 is an optically isotropic transparent film with (ne-no) ≦ 0.0001 or less. When evaluation was conducted by applying circularly polarized light to the light distribution control element, it was found that there was no luminance unevenness causing a stripe pattern and an isotropic and wide viewing angle of about ± 60 ° was obtained. In addition, when linearly polarized light is incident, there is no luminance unevenness that causes a stripe pattern, and the viewing angle in the direction parallel to the vibration direction of the electric vector of the incident linearly polarized light is wider than the viewing angle in the direction orthogonal to the direction. Characteristics were obtained.

 〔配光制御素子の実施例3〕
 本実施例では、図1および図2に示す配光制御素子を以下のとおり作製した。エキストルージョン法(溶融押出法)により成膜し、一軸延伸した厚さ100μmの平坦なPCフィルムからなる透明基材101の一表面に、水系媒質に分散させたポリエステル系ホットメルト透明接着剤を乾燥後の厚さが4μmとなるようにナイフコータにより塗布、乾燥した後、冷却することで透明接着剤層102を形成、固化した。
[Example 3 of light distribution control element]
In this example, the light distribution control device shown in FIGS. 1 and 2 was manufactured as follows. A polyester hot melt transparent adhesive dispersed in an aqueous medium is dried on one surface of a transparent base material 101 made of a flat PC film having a thickness of 100 μm and formed into a film by an extrusion method (melt extrusion method) and uniaxially stretched. After applying and drying with a knife coater so that the thickness afterwards becomes 4 μm, the transparent adhesive layer 102 was formed and solidified by cooling.

 次に、実施例1,2と同様に着色接着剤層103を形成、固化し、この上に透明ビーズ105を分散配置後、加圧しながら120℃で30分間保持し、ホットメルト接着剤層104に埋没,固定した。固定後のホットメルト接着剤層104の厚さは約21μmであり、透明ビーズ105はその直径の58%が露出していた。 Next, the colored adhesive layer 103 is formed and solidified in the same manner as in Examples 1 and 2. After transparent beads 105 are dispersed and arranged on the colored adhesive layer 103, the mixture is held at 120 ° C. for 30 minutes while applying pressure, and the hot melt adhesive layer 104 is formed. Buried in and fixed. The thickness of the hot melt adhesive layer 104 after fixing was about 21 μm, and 58% of the diameter of the transparent beads 105 was exposed.

 なお、透明基材101に用いたPCフィルムは(ne−no)=0.0014の膜面に平行な方向に光学軸を有する一軸異方性の透明フィルムであった。 The PC film used for the transparent substrate 101 was a uniaxially anisotropic transparent film having an optical axis in a direction parallel to the film surface of (ne-no) = 0.0014.

 この配光制御素子に、電気ベクトルの振動方向が透明基材101の遅相軸に平行あるいは垂直な直線偏光を入射したところ、縞模様の原因となる輝度むらは無く、入射した直線偏光の電気ベクトルの振動方向と平行な方向の視野角が、これと直交する方向の視野角よりも広い出射特性が得られた。 When a linearly polarized light whose vibration direction of the electric vector is parallel or perpendicular to the slow axis of the transparent base material 101 is incident on this light distribution control element, there is no luminance unevenness that causes a stripe pattern. An emission characteristic was obtained in which the viewing angle in a direction parallel to the vector vibration direction was wider than the viewing angle in a direction perpendicular to the direction.

 また、本配光制御素子では、透明基材が一軸延伸により、引張り強さ、初期弾性率等の物性が改良され、カール等の少ないシート状の配光制御素子を得ることができた。 Further, in the present light distribution control element, the transparent base material was improved in physical properties such as tensile strength and initial elastic modulus by uniaxial stretching, and a sheet-shaped light distribution control element with less curl was obtained.

 〔配光制御素子の実施例4〕
 本実施例では、図1および図2に示す配光制御素子を以下のとおり作製した。射出成形により形成された厚さ2mmの脂環式アクリル樹脂(商品名オプトレッツ:日立化成工業製)からなる平坦な透明基材101の一表面に、アクリル系のホットメルト透明接着剤を乾燥後の厚さが4μmとなるようにスピンコータにより塗布、乾燥後、冷却して透明接着剤層102を形成、固化した。
[Example 4 of light distribution control element]
In this example, the light distribution control device shown in FIGS. 1 and 2 was manufactured as follows. After drying an acrylic hot melt transparent adhesive on one surface of a flat transparent substrate 101 made of an alicyclic acrylic resin (trade name: Optrez: manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) having a thickness of 2 mm formed by injection molding. Was applied by a spin coater so as to have a thickness of 4 μm, dried, and then cooled to form a transparent adhesive layer 102 and solidified.

 次に、同じくアクリル系ホットメルト接着剤にカーボンブラックを10重量部配合した着色接着剤層103を、乾燥後の厚さが5.5μmとなるように透明接着剤層102と同様の方法で形成、固化した。 Next, a colored adhesive layer 103 in which 10 parts by weight of carbon black is mixed with an acrylic hot melt adhesive is formed in the same manner as the transparent adhesive layer 102 so that the thickness after drying becomes 5.5 μm. , Solidified.

 この上に屈折率が1.935(波長589.3nm)、直径が50μmのガラス製の球状透明ビーズ105を分散配置し、前記実施例と同様に加圧しながら、120℃で20分間保持し、ホットメルト接着剤層104に埋没,固定した。固定後のホットメルト接着剤層104の厚さは約21μmであり、透明ビーズ105はその直径の58%が露出していた。 Glass transparent beads 105 having a refractive index of 1.935 (wavelength 589.3 nm) and a diameter of 50 μm are dispersed and arranged thereon, and are held at 120 ° C. for 20 minutes while being pressurized in the same manner as in the above-described embodiment. It was buried and fixed in the hot melt adhesive layer 104. The thickness of the hot melt adhesive layer 104 after fixing was about 21 μm, and 58% of the diameter of the transparent beads 105 was exposed.

 なお、透明基材101に用いた脂環式アクリル樹脂は(ne−no)=0.0007と光学的に略等方であった。 The alicyclic acrylic resin used for the transparent substrate 101 was optically isotropic with (ne-no) = 0.0007.

 この配光制御素子に、円偏光を入射して評価したところ、縞模様の原因となる輝度むらは無く、±約50°の等方的で広い視野角が得られた。また、直線偏光を入射したところ、縞模様の原因となる輝度むらは無く、入射した直線偏光の電気ベクトルの振動方向と平行な方向の視野角が、これと直交する方向の視野角よりも広い出射特性が得られた。 {Circle around (4)} When circularly polarized light was incident on this light distribution control element and evaluated, it was found that there was no luminance unevenness causing a stripe pattern and an isotropic and wide viewing angle of about ± 50 ° was obtained. In addition, when linearly polarized light is incident, there is no luminance unevenness that causes a stripe pattern, and the viewing angle in the direction parallel to the vibration direction of the electric vector of the incident linearly polarized light is wider than the viewing angle in the direction orthogonal to this. The emission characteristics were obtained.

 なお、本実施例の配光制御素子は透明基材101自体に剛性があるため、補強部材等がなくても背面投射型表示装置のスクリーンとして使用することができる。 Note that the light distribution control element of the present embodiment can be used as a screen of a rear projection display device without a reinforcing member or the like because the transparent base material 101 itself has rigidity.

 以上の実施例では、微小レンズとして球状透明ビーズを用いたが、他の形状の微小レンズを用いてもよい。図34は、他の形状の微小レンズを用いた一例を示す模式斜視図である。これは円柱状の微小透明ロッド3401を用いたもので、これ以外は前記実施例と同様である。 In the above embodiments, spherical transparent beads were used as the microlenses, but microlenses of other shapes may be used. FIG. 34 is a schematic perspective view showing an example using a microlens of another shape. This uses a columnar transparent micro rod 3401, and is otherwise the same as the previous embodiment.

 この配光制御素子は、入射した光に対して、微小透明ロッド3401の長軸方向には収束効果が作用せず、長軸方向に直交する方向だけに収束効果が作用し、この方向のみに広い視野角が得られると云うものである。この場合も、光学異方性の小さい透明基材を用いることで、偏光入射時の縞模様の発生を回避できる。 This light distribution control element has no convergence effect on the incident light in the major axis direction of the minute transparent rod 3401, but has a convergence effect only in a direction orthogonal to the major axis direction. It is said that a wide viewing angle can be obtained. Also in this case, by using a transparent substrate having a small optical anisotropy, it is possible to avoid the occurrence of a stripe pattern when polarized light is incident.

 また、配光制御素子に入射する光が直線偏光の場合は、該偏光の振動方向を微小透明ロッドの長軸方向と平行にすれば、該偏光は微小透明ロッドの入射面に対してp偏光となるため、配光制御素子を高い透過率で使用することができる。 Further, when the light incident on the light distribution control element is linearly polarized light, if the oscillation direction of the polarized light is parallel to the major axis direction of the minute transparent rod, the polarized light is p-polarized with respect to the incident surface of the minute transparent rod. Therefore, the light distribution control element can be used with a high transmittance.

 ところで、前記各実施例では、微小レンズを透明ビーズやロッドなど前もって成形された微小体で構成したが、本発明の配光制御素子はこれに限るものではない。即ち、透明基材上に直接、多数の微小レンズを2次元アレイ状に成形したものでもよい。図35はこのような配光制御素子の一例を示す模式斜視図である。この配光制御素子は、例えば、ガラス、無延伸PCフィルム、TACフィルム、射出成形アクリル樹脂板等の光学的に略等方な透明基材3501上に、微小レンズ3502を2次元アレイ状に成形し、さらに、微小レンズ3502の光収束部に開口部を有する黒色の光吸収層(ブラックマトリクス)3503を形成したものである。 By the way, in each of the above-described embodiments, the microlens is formed of a preformed microparticle such as a transparent bead or a rod, but the light distribution control element of the present invention is not limited to this. That is, a number of minute lenses may be directly formed on a transparent substrate in a two-dimensional array. FIG. 35 is a schematic perspective view showing an example of such a light distribution control element. This light distribution control element is formed by forming microlenses 3502 in a two-dimensional array on an optically substantially isotropic transparent substrate 3501 such as glass, a non-stretched PC film, a TAC film, and an injection molded acrylic resin plate. Further, a black light absorbing layer (black matrix) 3503 having an opening at a light converging portion of the minute lens 3502 is formed.

 光吸収層3503は公知の技術、例えば印刷法、蒸着法、フォトリソグラフィー法等により形成することができる。また、微小レンズ3502は公知の技術、例えばポジ型フォトレジストをパターン露光し、現像して円柱状の立体形状を得た後、加熱溶融時の表面張力によりドーム状微小レンズを形成する方法や、光線または電子線の照射により硬化する透明な樹脂膜を透明基材3501上に形成し、これに光線あるいは電子線を選択照射して硬化させ、未硬化部分を除去する方法で形成することができる。 The light absorption layer 3503 can be formed by a known technique, for example, a printing method, an evaporation method, a photolithography method, or the like. The microlens 3502 is formed by a known technique, for example, pattern exposure of a positive photoresist and development to obtain a columnar three-dimensional shape, and then forming a dome-shaped microlens by surface tension during heating and melting, A transparent resin film which is cured by irradiation with a light beam or an electron beam is formed on a transparent base material 3501, and the light beam or the electron beam is selectively irradiated with the resin film to be cured to remove the uncured portion. .

 いずれの場合も透明基材3501には、光学的に略等方な透明体、または、一軸光学異方性を有する透明体を用いることで、偏光入射時の縞模様の発生と云う問題を解決することができる。 In any case, by using an optically substantially isotropic transparent body or a transparent body having uniaxial optical anisotropy as the transparent base material 3501, the problem of occurrence of a stripe pattern upon incidence of polarized light is solved. can do.

 〔背面投射型表示装置の実施例1〕
 次に本発明の配光制御素子を用いた背面投射型表示装置について説明する。図11は背面投射型表示装置の模式断面図である。
[Example 1 of rear projection type display device]
Next, a rear projection type display device using the light distribution control element of the present invention will be described. FIG. 11 is a schematic sectional view of a rear projection display device.

 本発明の投射型表示装置は、図11に示すとおり、投射装置701からの投射光704が、ミラー702を介して透過型スクリーン703に照射され、画像が表示される。ミラー702としては、光学的に等方な透明ガラスに銀,アルミニウム等の反射性金属を蒸着したものを用いた。 In the projection type display device of the present invention, as shown in FIG. 11, the projection light 704 from the projection device 701 is applied to the transmission type screen 703 via the mirror 702 to display an image. As the mirror 702, a mirror obtained by depositing a reflective metal such as silver or aluminum on optically isotropic transparent glass was used.

 投射装置701としては、いわゆる液晶プロジェクタを用いることができる。図12は液晶プロジェクタの一例を示す模式断面図である。 い わ ゆ る As the projection device 701, a so-called liquid crystal projector can be used. FIG. 12 is a schematic sectional view showing an example of the liquid crystal projector.

 光源801は回転放物面、または、回転楕円面のリフレクタと、キセノンランプ、メタルハライドランプ、ハロゲンランプ等の白色光源から構成されており、これから出射した光はUV,IRカットフィルタ(図示省略)等を通過することで、紫外線や赤外線が取り除かれた白色光となって、色分離ダイクロイックミラー802に向かう。 The light source 801 includes a paraboloid of revolution or a spheroidal reflector and a white light source such as a xenon lamp, a metal halide lamp, or a halogen lamp. Light emitted from the light source 801 is a UV or IR cut filter (not shown) or the like. , The light becomes white light from which ultraviolet rays and infrared rays have been removed, and travels to the color separation dichroic mirror 802.

 色分離ダイクロイックミラー802に入射した白色光は、青色光(B)とそれ以外の光に分離され、青色光(B)は全反射ミラー804で反射して、液晶表示素子807に至る。 The white light incident on the color separation dichroic mirror 802 is separated into blue light (B) and other light, and the blue light (B) is reflected by the total reflection mirror 804 and reaches the liquid crystal display element 807.

 一方、色分離ダイクロイックミラー802で反射した緑色光(G)と赤色光(R)は色分離ダイクロイックミラー803で分離され、緑色光(G)は液晶表示素子809へ、また、赤色光(R)は全反射ミラー805,806で反射されて、液晶表示素子808に至る。液晶表示素子807、808、809としては、TN液晶表示素子を用いることができる。 On the other hand, the green light (G) and the red light (R) reflected by the color separation dichroic mirror 802 are separated by the color separation dichroic mirror 803, and the green light (G) is transmitted to the liquid crystal display element 809 and the red light (R). Is reflected by total reflection mirrors 805 and 806 and reaches a liquid crystal display element 808. As the liquid crystal display elements 807, 808, and 809, a TN liquid crystal display element can be used.

 図13はTN液晶表示素子の一例を示す模式断面図である。この液晶表示素子は、ITO(Indium Tin Oxide)から成る透明電極903,ポリイミド系高分子からなる配光膜905を有する第1の透明ガラス基板901と、配光膜906,画素を形成する透明電極904、これと接続される図示しない配線や薄膜トランジスタ等のスイッチング素子を有する第2の透明ガラス基板902と、シール剤908を介して接着された2枚の透明ガラス基板901と902との間に、封入された誘電異方性が正のネマチック液晶からなる液晶層907とを有する。 FIG. 13 is a schematic sectional view showing an example of a TN liquid crystal display element. This liquid crystal display element includes a first transparent glass substrate 901 having a transparent electrode 903 made of ITO (Indium Tin Oxide) and a light distribution film 905 made of a polyimide-based polymer, a light distribution film 906, and a transparent electrode forming pixels. 904, between a second transparent glass substrate 902 having a switching element such as a thin film transistor or a wiring (not shown) connected thereto, and two transparent glass substrates 901 and 902 bonded through a sealant 908. And a liquid crystal layer 907 made of a nematic liquid crystal having a positive dielectric anisotropy.

 液晶層907の液晶分子長軸の方向は2枚の透明ガラス基板901、902に形成された配光膜905、906にラビング処理することで配向方向が規定され、透明ガラス基板間で連続的に90°捻じれた状態となっている。 The direction of the long axis of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 907 is determined by rubbing the light distribution films 905 and 906 formed on the two transparent glass substrates 901 and 902, and the orientation direction is continuously defined between the transparent glass substrates. It is in a 90 ° twisted state.

 液晶表示素子の光入射面と光出射面には、それぞれ偏光子909、検光子910が互いに直交する直線偏光を透過するように配置され、透明ガラス基板901,902での液晶層907の液晶分子長軸の配向方向は、それぞれ偏光子909および検光子910の直線偏光の透過軸に対して共に平行、もしくは、共に直交するよう構成されている。 A polarizer 909 and an analyzer 910 are disposed on a light incident surface and a light exit surface of the liquid crystal display element, respectively, so as to transmit linearly polarized light orthogonal to each other. The liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 907 on the transparent glass substrates 901 and 902 are arranged. The orientation directions of the long axes are configured to be parallel or orthogonal to the transmission axes of the linearly polarized light of the polarizer 909 and the analyzer 910, respectively.

 偏光子909と検光子910は、延伸したポリビニルアルコール(PVA)にヨウ素を吸収させて偏光機能を付与した膜の両面にトリアセチルセルロース(TAC)保護層を施したものを用い、それぞれ透明ガラス基板901および透明ガラス基板902にアクリル系の接着剤により光学的に結合されるよう接着されている。 The polarizer 909 and the analyzer 910 are each formed by applying a triacetyl cellulose (TAC) protective layer on both sides of a film obtained by absorbing iodine into stretched polyvinyl alcohol (PVA) and imparting a polarizing function to each of the transparent glass substrates. It is bonded to the transparent glass substrate 901 and the transparent glass substrate 902 by an acrylic adhesive so as to be optically bonded.

 ここで液晶表示素子の動作を説明する。液晶表示素子に入射し偏光子909を透過した直線偏光は、液晶層907を透過して検光子910に入射する。この際、液晶層907を透過する光の偏光状態は、液晶層907に印加される電界によって変化するため、画像情報に対応した電圧を透明電極905および透明電極904に印加し、液晶層907に電界を印加することで、検光子910を透過する光量を制御して光学画像を形成することができる。 (4) Here, the operation of the liquid crystal display element will be described. The linearly polarized light that has entered the liquid crystal display element and has passed through the polarizer 909 passes through the liquid crystal layer 907 and enters the analyzer 910. At this time, the polarization state of the light transmitted through the liquid crystal layer 907 changes according to the electric field applied to the liquid crystal layer 907. Therefore, a voltage corresponding to image information is applied to the transparent electrode 905 and the transparent electrode 904, and By applying an electric field, the amount of light transmitted through the analyzer 910 can be controlled to form an optical image.

 従って、図12の液晶表示素子807、808、809にそれぞれ入射した各色光は、それぞれの画像情報に応じて、空間変調されて出射する。各液晶表示素子で変調された各色光は、後に詳述する偏光状態揃え手段812、813、814を通過して、色合成クロスダイクロイックプリズム811に入射,合成された後、投射レンズ810を介して透過型スクリーン703に投射される。 Therefore, the respective color lights incident on the liquid crystal display elements 807, 808, and 809 in FIG. 12 are spatially modulated according to the respective image information and emitted. Each color light modulated by each liquid crystal display element passes through polarization state aligning means 812, 813, and 814, which will be described in detail later, enters a color combining cross dichroic prism 811, is combined, and then passes through a projection lens 810. The light is projected on the transmission screen 703.

 図14は、本発明の背面投射型表示装置の透過型スクリーン703の模式断面図である。 FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of the transmission screen 703 of the rear projection display device of the present invention.

 透過型スクリーン703は、フレネルレンズシート801と、本発明の配光制御素子100とから構成される。フレネルレンズ801は凸レンズと同様な作用をする光学部品であり、投射装置701から出射する拡散投射光を平行化し、配光制御素子100へ入射する光の入射角度を0度またはその近傍に変換する働きをする。 The transmission screen 703 includes a Fresnel lens sheet 801 and the light distribution control element 100 of the present invention. The Fresnel lens 801 is an optical component that performs the same function as a convex lens, and parallelizes diffused projection light emitted from the projection device 701 to convert the incident angle of light incident on the light distribution control element 100 to 0 degree or its vicinity. Work.

 ここで、本発明の配光制御素子100はその構成上、入射角度が大きくなると透過率が下がると云う性質を有する。図15は入射角度増大に基づく透過率の低下を説明する模式図である。 Here, the light distribution control element 100 of the present invention has such a property that the transmittance decreases as the incident angle increases due to its configuration. FIG. 15 is a schematic diagram illustrating a decrease in transmittance due to an increase in the incident angle.

 光の入射角度θが大きくなると、入射光106が透明ビーズ105により収束し、発散しながら透明基材101から出射するが、その際に透明基材101と空気との界面への入射角度が大きくなるため反射が増大して、透過率が著しく低下する。さらに、入射角度θが大きくなると、透明ビーズ101に入射し、収束した光は、配光制御素子100の開口部、即ち、透明ビーズ105と透明接着剤層102の接触部分を通過できず、着色接着剤層103で吸収されてその透過率は低下する。 When the incident angle θ of the light is large, the incident light 106 is converged by the transparent beads 105 and is emitted from the transparent substrate 101 while diverging. At this time, the incident angle to the interface between the transparent substrate 101 and air is large. Therefore, the reflection increases and the transmittance remarkably decreases. Further, when the incident angle θ becomes large, the light incident on the transparent beads 101 and converged cannot pass through the opening of the light distribution control element 100, that is, the contact portion between the transparent beads 105 and the transparent adhesive layer 102, and is colored. The light is absorbed by the adhesive layer 103 and its transmittance is reduced.

 図16は配光制御素子100の光の入射角度と透過率の関係の一例のグラフである。横軸が光の入射角度θ、縦軸が入射角度θ=0°における透過率を1とした相対透過率である。 FIG. 16 is a graph showing an example of the relationship between the light incident angle of the light distribution control element 100 and the transmittance. The horizontal axis is the light incident angle θ, and the vertical axis is the relative transmittance, where the transmittance at the incident angle θ = 0 ° is 1.

 入射角度θが10°を超えると透過率は急激に低下する。従って、配光制御素子100に入射する光の広がりは、小さければ小さいほど良く、実用的には半値角で±10°以内にすることが望ましい。 と When the incident angle θ exceeds 10 °, the transmittance sharply decreases. Therefore, the spread of light incident on the light distribution control element 100 is preferably as small as possible, and practically, it is desirable that the half value angle be within ± 10 °.

 従って、本配光制御素子を従来の例えばR,G,Bの3原色に対応するCRT投射管を3本使用する3管式投射装置を用いた、背面投射型表示装置の透過型スクリーンに用いると、配光制御素子へ入射する各色光の入射角度が異なるため、各色光の透過率が異なり、ホワイトバランスが悪くなったり、強いカラーシフトが現れると云う問題を生じる。 Therefore, this light distribution control element is used as a conventional transmission type screen of a rear projection type display device using a conventional three-tube type projection device using three CRT projection tubes corresponding to three primary colors of R, G and B. In addition, since the incident angles of the respective color lights entering the light distribution control element are different, the transmittances of the respective color lights are different, which causes a problem that the white balance is deteriorated and a strong color shift appears.

 このため、本発明の背面投射型表示装置では、使用する投射装置としては単管式の投射装置を用いることを特徴としている。単管式では、各色光の透過型スクリーンへの入射角度は一致しているため、上記のホワイトバランスの低下や、カラーシフトが生じると云うようなことはない。 Therefore, the rear projection display device of the present invention is characterized in that a single tube projection device is used as the projection device to be used. In the single-tube type, since the incident angles of the respective color lights on the transmission type screen are the same, the above-mentioned reduction in white balance and color shift do not occur.

 さらに透過型スクリーン703を構成する配光制御素子100の光入射側にはフレネルレンズ801を配置して、投射装置701からの発散投射光704を平行化し、配光制御素子100への入射光の入射角度を実質的に0度に変換することで、配光制御素子100での透過率低下が抑制され、表示画像の輝度を向上することができる。 Further, a Fresnel lens 801 is arranged on the light incident side of the light distribution control element 100 constituting the transmission type screen 703, and the divergent projection light 704 from the projection device 701 is collimated. By converting the incident angle to substantially 0 degrees, a decrease in the transmittance of the light distribution control element 100 is suppressed, and the brightness of a display image can be improved.

 ここで、投射装置701の2次元光学スイッチ素子として用いたTN液晶表示素子は、一般に、コントラスト比の水平方向の対称性を確保するため、偏光子909および検光子910の直線偏光の透過軸が、液晶表示素子の表示面水平方向に対して45°あるいは135°の角度を成すように配置する。この場合、液晶表示素子807、808、809として同じ構成の液晶表示素子を用いると、液晶表示素子を透過した画像光は、色合成クロスダイクロイックプリズム811において、1回反射した画像光と1回も反射しない画像光とで、直線偏光の電気ベクトルの振動方向(以下、直線偏光の振動方向)が異なることになる。 Here, the TN liquid crystal display element used as the two-dimensional optical switch element of the projection device 701 generally has a transmission axis of linearly polarized light of the polarizer 909 and the analyzer 910 in order to secure horizontal symmetry of the contrast ratio. Are arranged so as to form an angle of 45 ° or 135 ° with the horizontal direction of the display surface of the liquid crystal display element. In this case, when the liquid crystal display elements having the same configuration are used as the liquid crystal display elements 807, 808, and 809, the image light transmitted through the liquid crystal display element is once reflected by the color combining cross dichroic prism 811 with the image light reflected once. The vibration direction of the electric vector of the linearly polarized light (hereinafter, the vibration direction of the linearly polarized light) differs between the image light that is not reflected.

 つまり、液晶表示素子807と808を通過した赤色光(R)および青色光(B)は、色合成クロスダイクロイックプリズム811において各々一回反射するため直線偏光の振動方向は同じだが、液晶表示素子809を通過した緑色光(G)は色合成クロスダイクロイックプリズム811において一度も反射していないために、直線偏光の振動方向が他の色光の直線偏光の振動方向と直交することになる。 That is, the red light (R) and the blue light (B) that have passed through the liquid crystal display elements 807 and 808 are reflected once by the color combining cross dichroic prism 811, so that the vibration directions of the linearly polarized light are the same. Since the green light (G) that has passed through is not reflected at all by the color combining cross dichroic prism 811, the vibration direction of the linearly polarized light is orthogonal to the vibration direction of the linearly polarized light of the other color lights.

 上記のとおり、本発明の配光制御素子100の出射特性は、入射光の偏光状態に依存して変化する。このため、従来の背面投射型表示装置の透過型スクリーンとして、本発明の配光制御素子を用いた場合、ある方向から観察すると画像は緑色を呈し、また、これとは逆の斜め方向から観察すると画像はマゼンタ色を呈することになる。 As described above, the emission characteristics of the light distribution control element 100 of the present invention change depending on the polarization state of the incident light. For this reason, when the light distribution control element of the present invention is used as a transmission screen of a conventional rear projection display device, when viewed from a certain direction, the image shows green, and when viewed from an oblique direction, the image is viewed from an opposite direction. Then, the image has a magenta color.

 これを是正するため、本発明の背面投射型表示装置701では、液晶表示素子807、808、809の光出射側に偏光状態揃え手段812、813、814を配置したことを特徴とする。 In order to correct this, the rear projection display device 701 of the present invention is characterized in that polarization state aligning means 812, 813, 814 are arranged on the light emission side of the liquid crystal display elements 807, 808, 809.

 偏光状態揃え手段812、813、814は、液晶表示素子から出射した各色光が、透過型スクリーン703に投射される前に、各色光の偏光状態を一致させる機能を有するものである。 The polarization state aligning means 812, 813, and 814 have a function of matching the polarization state of each color light before each color light emitted from the liquid crystal display element is projected on the transmission screen 703.

 図17は偏光状態揃え手段の一例を示す模式断面図である。この偏光状態揃え手段はポリイミド系の配向膜1003が形成された透明基板1001と、同じくポリイミド系の配向膜1004が形成された透明基板1002と、これら2枚の透明基板の間に封入したネマチック液晶からなる液晶層1006とから構成される。2枚の透明基板1001、1002の間には図示しないスペーサーによって間隙が確保され、周囲をシール剤1005でシールすることで2枚の透明基板を接着し、液晶の密閉を行なっている。 FIG. 17 is a schematic sectional view showing an example of the polarization state aligning means. This polarization state alignment means includes a transparent substrate 1001 on which a polyimide-based alignment film 1003 is formed, a transparent substrate 1002 on which a polyimide-based alignment film 1004 is formed, and a nematic liquid crystal sealed between these two transparent substrates. And a liquid crystal layer 1006 made of A gap is secured between the two transparent substrates 1001 and 1002 by a spacer (not shown), and the periphery is sealed with a sealant 1005 to bond the two transparent substrates to seal the liquid crystal.

 図18は、偏光状態揃え手段の動作を説明するもので、説明を分かり易くするために、液晶表示素子および偏光状態揃え手段の透明基板近傍での液晶分子長軸の配向方向をそれぞれ矢印911、912、1007、1008で示している。 FIG. 18 illustrates the operation of the polarization state aligning means. For the sake of simplicity, the directions of the long axes of the liquid crystal molecules near the transparent substrate of the liquid crystal display element and the polarization state aligning means are indicated by arrows 911 and 911, respectively. 912, 1007, and 1008.

 図18に例示するとおり、偏光状態揃え手段の液晶層1006は、2枚の透明基板1001と1002上の配向膜により、液晶分子長軸が2枚の透明基板間で45°捩じれており、透明基板1001側の液晶配向方向1008は、液晶表示素子の表示面に対して水平方向となっている。 As illustrated in FIG. 18, the liquid crystal layer 1006 of the polarization alignment means has a liquid crystal molecule long axis twisted by 45 ° between the two transparent substrates due to the alignment films on the two transparent substrates 1001 and 1002, and is transparent. The liquid crystal alignment direction 1008 on the substrate 1001 side is horizontal to the display surface of the liquid crystal display element.

 一方、液晶表示素子側の透明基板1002側の液晶配向方向1007は、液晶表示素子の光出射側の透明基板910の液晶配向方向912と平行となっており、液晶表示素子の表示面水平方向に対して45°傾いている。 On the other hand, the liquid crystal alignment direction 1007 on the transparent substrate 1002 side on the liquid crystal display element side is parallel to the liquid crystal alignment direction 912 on the transparent substrate 910 on the light emission side of the liquid crystal display element, and is parallel to the display surface horizontal direction of the liquid crystal display element. It is inclined at 45 ° to it.

 この偏光状態揃え手段は、入射する光の主波長領域に対してウエーブガイドの条件を満足するように構成される。ウエーブガイドの条件は、例えば、J.Phys.D:Appl.Phys.Vol.8(1975)の1575〜1584頁のC.H.GoochとH.A.Tarryによる論文に記載されている。 The polarization state aligning means is configured to satisfy the condition of the waveguide for the main wavelength region of the incident light. The conditions of the wave guide are described, for example, in a paper by CH Gooch and HA Tarry on pages 1575-1584 of J. Phys. D: Appl. Phys. Vol. 8 (1975).

 即ち、波長λの光をウエーブガイドにより45°だけ旋光するには、偏光状態揃え手段の液晶層1006の層厚d、波長λにおける複屈折Δnを式(1)を満足するように設定すればよい。
〔数1〕
    4d・Δn/λ=V(4m2−1)  …(1)
 ここで、mは任意の整数である。
That is, in order to rotate the light of wavelength λ by 45 ° by the wave guide, the thickness d of the liquid crystal layer 1006 of the polarization state aligning means and the birefringence Δn at the wavelength λ are set so as to satisfy the expression (1). Good.
[Equation 1]
4d · Δn / λ = V (4m 2 −1) (1)
Here, m is an arbitrary integer.

 従って、偏光状態揃え手段812、813、814のdとΔnは、これらに入射する光の主波長に対して式(1)を満足する様に設定すればよく、ここでは偏光状態揃え手段812、813、814に入射する光の主波長をそれぞれ450nm、650nn、550nmとし、さらにm=4として、d・Δnがそれぞれ626nm、903nm、765nmとなる様にした。 Therefore, d and Δn of the polarization state alignment means 812, 813, and 814 may be set so as to satisfy Expression (1) with respect to the main wavelength of the light incident thereon. The main wavelengths of the light incident on 813 and 814 were 450 nm, 650 nn and 550 nm, respectively, and m = 4, so that d · Δn was 626 nm, 903 nm and 765 nm, respectively.

 なお、ウエーブガイドの条件は、異常光モードと常光モードでは変わらないので、偏光状態揃え手段の液晶の配向方向は、両透明基板での配向方向を共に図18に例示した配向方向に対して90°回転したものを用いてもよい。 Note that the condition of the wave guide does not change between the extraordinary light mode and the ordinary light mode. Therefore, the alignment direction of the liquid crystal of the polarization state aligning means is 90 degrees with respect to the alignment direction illustrated in FIG. The one rotated by ° may be used.

 このように構成することで、液晶表示素子807、808、809を通過した直線偏光はそれぞれ偏光状態揃え手段812、813、814を通過する際、その電気ベクトルの振動方向が45°回転することで、各色光の偏光の状態が、液晶表示素子の表示面に対して水平方向の振動方向を有する直線偏光となり、全て一致することになる。 With this configuration, when the linearly polarized light that has passed through the liquid crystal display elements 807, 808, and 809 passes through the polarization state aligning means 812, 813, and 814, the vibration direction of the electric vector is rotated by 45 degrees. The state of polarization of each color light becomes linearly polarized light having a vibration direction in the horizontal direction with respect to the display surface of the liquid crystal display element, and all of them coincide with each other.

 また、本実施例の様に、各色光の直線偏光の振動方向を表示面に対して水平方向とすることで以下の効果が得られる。 {Circle around (4)} As in the present embodiment, the following effects can be obtained by setting the vibration direction of the linearly polarized light of each color light to the horizontal direction with respect to the display surface.

 一般に複数の2次元光学スイッチ素子を用いた単管式の投射装置では、各2次元光学スイッチ素子で形成された光学画像光を合成するためにクロスダイクロイックプリズム、あるいは、ダイクロイックミラーを用いる。 Generally, in a single-tube type projection device using a plurality of two-dimensional optical switch elements, a cross dichroic prism or a dichroic mirror is used to synthesize optical image light formed by each two-dimensional optical switch element.

 ダイクロイックプリズム、あるいは、ダイクロイックミラーの反射面は誘電体多層膜により形成されており、これに斜めに入射する直線偏光は、入射面に対して平行なp偏光、あるいは、入射面に対して垂直なs偏光以外の場合には、反射の際に偏光状態が変わり、一般に楕円偏光となって、各色光で偏光状態が異なってしまう。しかし、上記のとおり各色光の直線偏光の振動方向を表示面に対して水平方向、即ち、色合成ダイクロイックプリズムの反射面に対してp偏光として入射すれば、各色光の偏光状態は変化せず、全ての各色光の偏光状態が一致したまま、光学画像光を透過型スクリーンへ投射することができる。 The reflection surface of the dichroic prism or dichroic mirror is formed by a dielectric multilayer film, and the linearly polarized light obliquely incident on this surface is p-polarized light parallel to the incident surface or perpendicular to the incident surface. In the case of light other than s-polarized light, the polarization state changes upon reflection, and generally becomes elliptically polarized light, and the polarization state differs for each color light. However, as described above, if the oscillation direction of the linearly polarized light of each color light is horizontal to the display surface, that is, if it is incident as p-polarized light on the reflection surface of the color combining dichroic prism, the polarization state of each color light does not change. The optical image light can be projected onto the transmission screen while the polarization states of all the color lights match.

 つまり、本発明の背面表示装置では、投射装置701から投射される各色光の偏光状態が一致しているため、透過型スクリーン703として用いる配光制御素子100の配光特性の偏光依存性による色付きが解消されて、高品位な画像を得ることができると云う効果がある。 In other words, in the rear display device of the present invention, since the polarization states of the respective color lights projected from the projection device 701 are the same, coloring due to the polarization dependence of the light distribution characteristics of the light distribution control element 100 used as the transmission screen 703 is performed. Is eliminated and a high-quality image can be obtained.

 また、透過型スクリーン701に入射する投射光が、表示面に対して水平方向の振動方向を有する直線偏光であるので、配光制御素子100の配光特性の偏光依存性により、垂直方向よりも水平方向の視野角を広くすることができる。このことは一般に、表示装置では垂直方向よりも水平方向に、より広い視野角が求められているので限られた光を観察者へ効率よく配分する上で非常に有効である。 Further, since the projection light incident on the transmissive screen 701 is linearly polarized light having a vibration direction in the horizontal direction with respect to the display surface, the projection light is more linearly polarized than the vertical direction due to the polarization dependence of the light distribution characteristics of the light distribution control element 100. The horizontal viewing angle can be widened. This is generally very effective in efficiently distributing limited light to an observer because a display device generally requires a wider viewing angle in the horizontal direction than in the vertical direction.

 上記構成の背面投射型表示装置を透過型スクリーン703の配光制御素子100として、〔配光制御素子の実施例1〕に例示した配光制御素子100の透明基材101側表面に、厚さ2mmの平坦で透明な光学的に略等方なアクリル板を張り合わせたものを用いて評価したところ、水平方向の視野角±75°、垂直方向の視野角±45°と、両方向共に広い視野角が得られた。さらに、斜め方向から察した際、縞模様や色付きの発生はなかった。 The rear-projection display device having the above configuration is used as the light distribution control element 100 of the transmission screen 703, and the light distribution control element 100 illustrated in [Example 1 of the light distribution control element] has a thickness on the transparent substrate 101 side. When evaluated using a 2 mm flat and transparent optically isotropic acrylic plate bonded together, a horizontal viewing angle of ± 75 ° and a vertical viewing angle of ± 45 °, a wide viewing angle in both directions was gotten. Furthermore, when viewed from an oblique direction, no stripe pattern or coloring occurred.

 また、外部から透過型スクリーンへ入射する不要光は、配光制御素子100の着色接着剤層103で吸収されるため、明るい環境下(垂直照度300lx)において、0.5cd/m2と低輝度な黒表示が実現された。 Unnecessary light entering the transmissive screen from the outside is absorbed by the colored adhesive layer 103 of the light distribution control element 100, and thus has a low luminance of 0.5 cd / m 2 in a bright environment (vertical illuminance: 300 lx). Black display was realized.

 なお、本発明の背面投射型表示装置の偏光状態揃え手段は、液晶表示素子から出射した各色光の偏光状態を一致させる機能を有するものであればよく、上記実施例の他に、例えば、捩じれ構造を有する高分子積層フィルムや1/2波長板を用いることができる。 In addition, the polarization state alignment means of the rear projection type display device of the present invention may be any as long as it has a function of matching the polarization state of each color light emitted from the liquid crystal display element. A polymer laminated film having a structure or a half-wave plate can be used.

 偏光状態揃え手段として用いる捩じれ構造を有する高分子積層フィルムは、例えば位相差d・Δn=275nmのPCフィルム製の位相差フィルムを4枚積層することで実現される。4枚の位相差フィルムは、液晶表示素子に近い方からそれぞれの遅相軸が、液晶表示素子の光出射側の透明基板の液晶配向方向に対して5.6°、16.9°、28.1°、39.4°となるように配置する。この場合も上記実施例と同様な効果が得られる。 高分子 The polymer laminated film having a twist structure used as the polarization state aligning means is realized by, for example, laminating four PC film retardation films having a retardation d · Δn = 275 nm. In the four retardation films, the slow axes of the respective retardation films from the side closer to the liquid crystal display element are 5.6 °, 16.9 °, 28 .1 ° and 39.4 °. In this case, the same effect as in the above embodiment can be obtained.

 また、偏光状態揃え手段として1/2波長板を用いる場合は、各液晶表示素子を通過した光の波長に対し1/2波長板として機能する波長板の遅相軸を、液晶表示素子の検光子の透過軸に対して22.5°傾けた状態で配置することで上記実施例と同様な効果が得られる。 When a half-wave plate is used as the polarization state aligning means, the slow axis of the wave plate functioning as a half-wave plate with respect to the wavelength of light passing through each liquid crystal display element is detected. By arranging the photons at an angle of 22.5 ° with respect to the transmission axis of the photons, the same effect as in the above embodiment can be obtained.

 さらに、出射する直線偏光の振動方向が、他のものとは異なる液晶表示素子の光出射側にのみ、偏光状態揃え手段として1/2波長板を配置して、他の液晶表示素子の偏光状態と一致させるだけでも、斜め方向から観察した際の色付きを、ある程度防止することができる。 Further, a half-wave plate is disposed as a polarization state aligning means only on the light emission side of the liquid crystal display element in which the oscillation direction of the emitted linearly polarized light is different from that of the other liquid crystal display elements. Even if it is made to match, it is possible to prevent coloring to some extent when obliquely observed.

 なお、上記実施例では、液晶表示装置の検光子の直線偏光の透過軸が、表示面平方向に対して45°傾いた場合について説明したが、例えば、検光子の透過軸が、予め表示面に対して水平方向、あるいは、垂直方向となるように構成した液晶表示素子を用いることで、偏光状態揃え手段の機能を液晶表示素子に兼ね備えることが可能である。この場合は、液晶表示素子から出射した各色光の偏光状態は色合成後も一致しているため、液晶表示素子の光出射側に別の光学素子を配置しなくても上記実施例と同様の効果を得ることが可能である。 In the above embodiment, the case where the transmission axis of the linearly polarized light of the analyzer of the liquid crystal display device is inclined by 45 ° with respect to the plane direction of the display surface has been described. By using a liquid crystal display element configured to be in the horizontal direction or the vertical direction with respect to the liquid crystal display element, it is possible to provide the function of the polarization state aligning means to the liquid crystal display element. In this case, since the polarization state of each color light emitted from the liquid crystal display element is the same even after the color synthesis, it is the same as in the above embodiment without disposing another optical element on the light emission side of the liquid crystal display element. An effect can be obtained.

 しかし、この場合はコントラスト比の水平方向の対称性が崩れるので、F値の高い投射光学系を用いて、コントラスト比の左右の非対称性が認識されない様にするのがよい。 However, in this case, since the horizontal symmetry of the contrast ratio is lost, it is preferable to use a projection optical system having a high F value so that the left and right asymmetry of the contrast ratio is not recognized.

 上記のとおり、本発明の背面投射型表示装置は、透過型スクリーン703を配光制御素子100と、その光入射側に配置したフレネルレンズ801fとで構成した。このため投射装置701からの発散投射光704は、配光制御素子100へ入射する際、フレネルレンズ801fにより平行化され、その入射角度が実質的に0度に変換されるため、配光制御素子100での透過率低下が抑制されて、明るい表示画像が得られる。 As described above, the rear projection display device of the present invention includes the transmissive screen 703 including the light distribution control element 100 and the Fresnel lens 801f disposed on the light incident side thereof. Therefore, when the divergent projection light 704 from the projection device 701 enters the light distribution control element 100, it is collimated by the Fresnel lens 801f and its incident angle is converted to substantially 0 degree. A decrease in transmittance at 100 is suppressed, and a bright display image is obtained.

 また、本発明では、投射装置として単管式投射装置を用いることで、配光制御素子100の光学特性により生じるカラーシフトや色付きを抑制して、高品位な画像を得ることができる。 In addition, in the present invention, by using a single tube projection device as the projection device, it is possible to suppress color shift and coloring caused by the optical characteristics of the light distribution control element 100 and obtain a high-quality image.

 さらに投射装置からの出射光の偏光状態を各色光共に一致させることで、配光制御素子100の配光特性の偏光依存性により生じる斜め方向から観察した際に生じる色付きを解消できると云う効果がある。また、透過型スクリーン703として用いた本発明の配光制御素子100は、どの角度から見ても明るい広い視野角特性を有し、外部不要光による迷光の低減効果が高いため、広視野角、かつ、明るい環境下でも低輝度な黒表示の実現により高いコントラスト比が得られる背面投射型表示装置が実現できると云う効果がある。 Further, by matching the polarization state of the light emitted from the projection device for each color light, it is possible to eliminate the coloring that occurs when obliquely observed due to the polarization dependence of the light distribution characteristics of the light distribution control element 100. is there. Further, the light distribution control element 100 of the present invention used as the transmission screen 703 has a wide viewing angle characteristic that is bright from any angle, and has a high effect of reducing stray light due to external unnecessary light. In addition, there is an effect that a rear-projection display device which can obtain a high contrast ratio by realizing low-luminance black display even in a bright environment can be realized.

 なお、以上述べた背面投射型表示装置では、投射装置に複数の2次元光学スイッチ素子を用いる場合を説明したが、2次元光学スイッチ素子を一つだけ用いる、いわゆる単板式の投射装置を用いてもよい。この場合は、もともと2次元光学スイッチ素子はひとつしかないので、光学画像光の偏光状態は揃えなくとも一義的に決るため、本発明の配光制御素子100の配光特性の偏光依存性により色付きが生じることはない。 In the rear projection display device described above, the case where a plurality of two-dimensional optical switch elements are used for the projection device has been described. However, a so-called single-plate type projection device using only one two-dimensional optical switch element is used. Is also good. In this case, since there is originally only one two-dimensional optical switch element, the polarization state of the optical image light is unambiguously determined without being aligned, so that the light distribution characteristic of the light distribution control element 100 of the present invention is colored by the polarization dependence. Does not occur.

 〔背面投射型表示装置の実施例2〕
 次に、本発明の他の背面投射型表示装置について説明する。ここで述べる背面投型表示装置は図11を用いて説明した前記実施例と同様、投射装置701、ミラー702、透過型スクリーン703を有し、投射装置701から出射した投射光704がミラー702を介して透過型スクリーン703に照射され、画像が表示されるものであるが、投射装置701の構成が一部異なる。
[Example 2 of rear projection type display device]
Next, another rear projection display device of the present invention will be described. The rear projection display device described here has a projection device 701, a mirror 702, and a transmission screen 703 as in the embodiment described with reference to FIG. 11, and the projection light 704 emitted from the projection device 701 passes through the mirror 702. Although the image is displayed by irradiating the transmission type screen 703 with the light, the configuration of the projection device 701 is partially different.

 図19は本実施例の背面投射型表示装置に係る投射装置の模式断面図である。この投射装置は、基本的には図12に例示した投射装置と同様であるが、ここで述べる投射装置701は、投射レンズ801とクロスダイクロイックプリズム811の間に偏光状態変換素子815を配置した点が特徴である。 FIG. 19 is a schematic sectional view of a projection device according to the rear projection type display device of this embodiment. This projection device is basically the same as the projection device illustrated in FIG. 12, but a projection device 701 described here is different from the projection device 701 in that a polarization state conversion element 815 is disposed between a projection lens 801 and a cross dichroic prism 811. Is the feature.

 本投射装置では、前記実施例と同様、光源801から出射した白色光は色分離ダイクロイックミラー802および803で青色光(B)と緑色光(G)と赤色光(R)に色分離され、ミラー804、805および806を介して、それぞれ液晶表示素子807、809、808に入射する。液晶表示素子に入射した光はそれぞれ、各色の画像情報に応じて空間変調されて出射し、偏光状態揃え手段812、813、814により各色光は振動方向が一致した直線偏光となって色合成クロスダイクロイックプリズム811に入射する。 In the present projection apparatus, similarly to the above-described embodiment, the white light emitted from the light source 801 is color-separated into blue light (B), green light (G), and red light (R) by color separation dichroic mirrors 802 and 803. The light enters the liquid crystal display elements 807, 809, and 808 via 804, 805, and 806, respectively. The light incident on the liquid crystal display element is spatially modulated in accordance with the image information of each color and emitted, and the polarization state aligning means 812, 813, and 814 convert each color light into linearly polarized light having the same vibration direction. The light enters the dichroic prism 811.

 この際、色合成クロスダイクロイックプリズム811に入射する各色光は、該プリズム811のミラー面に対してp偏光、あるいは、s偏光とすることが望ましい。なぜなら、色合成プリズム811のミラー面は、誘電体多層膜で構成されており、特別な設計、成膜をしない限り、ミラー面に斜めに入射する直線偏光は、入射面に対して平行なp偏光、あるいは、入射面に対して垂直なs偏光でなければ、反射の際に偏光状態が変わり、一般に楕円偏光となって、各色光の偏光状態が異なってしまうからである。 At this time, it is desirable that each color light incident on the color combining cross dichroic prism 811 be p-polarized light or s-polarized light with respect to the mirror surface of the prism 811. This is because the mirror surface of the color synthesizing prism 811 is formed of a dielectric multilayer film, and unless specially designed and formed, linearly polarized light obliquely incident on the mirror surface is parallel to the incident surface. This is because if the light is not polarized light or s-polarized light perpendicular to the plane of incidence, the polarization state changes upon reflection, and generally becomes elliptically polarized light, and the polarization state of each color light is different.

 ここでは以下画像光が色合成クロスダイクロイックプリズム811のミラー面に対してp偏光、即ち、表示面に対して水平方向に振動方向を有する直線偏光としてプリズム811に入射する場合の例を説明する。 Here, an example in which the image light enters the prism 811 as p-polarized light with respect to the mirror surface of the color combining cross dichroic prism 811, that is, linearly polarized light having a vibration direction in the horizontal direction with respect to the display surface will be described.

 色合成ダイクロイックプリズム811に入射し色合成された画像光は、偏光状態変換素子815および投射レンズ810を介して透過型スクリーン703に投射される。 The image light that enters the color combining dichroic prism 811 and undergoes color combining is projected on the transmission screen 703 via the polarization state conversion element 815 and the projection lens 810.

 偏光状態変換素子815は、色合成後の画像光の偏光の状態を変えるもので、例えば図20に示す液晶素子を用いることができる。図20に示した偏光状態変換素子815はITOから成る透明電極1103およびポリイミド系高分子からなる配向膜1104が全面的に積層形成された第1の透明ガラス基板1101と、同じく透明電極1105および配向膜1106が全面的に積層形成された第2の透明ガラス基板1102と、2枚の透明ガラス基板1101,1102間に図示しないスペーサーを挟むことで間隙を形成し、その周囲をシール剤1108でシールすることで形成された空間に、封入した誘電異方性が正のネマチック液晶からなる液晶層1107により構成される。 The polarization state conversion element 815 changes the polarization state of image light after color synthesis, and for example, a liquid crystal element shown in FIG. 20 can be used. The polarization state conversion element 815 shown in FIG. 20 includes a first transparent glass substrate 1101 on which a transparent electrode 1103 made of ITO and an alignment film 1104 made of a polyimide-based polymer are entirely laminated. A gap is formed by sandwiching a spacer (not shown) between the second transparent glass substrate 1102 on which the film 1106 is entirely formed and the two transparent glass substrates 1101 and 1102, and the periphery thereof is sealed with a sealant 1108. The liquid crystal layer 1107 made of a nematic liquid crystal having a positive dielectric anisotropy enclosed in the space formed by the above operation.

 液晶層1107の液晶分子長軸は、2枚の透明ガラス基板1101,1102にそれぞれ形成された配向膜1104および1106にラビング処理等の配向処理を行なうことで、両基板間で連続的に90°ねじれた、いわゆるTN液晶素子となっている。 The long axis of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 1107 is continuously rotated by 90 ° between the two transparent glass substrates 1101 and 1102 by performing an alignment process such as a rubbing process on the alignment films 1104 and 1106 formed on the two substrates. It is a twisted, so-called TN liquid crystal element.

 次に、偏光状態変換素子815の動作を図面を用いて説明する。図21および図22は偏光状態変換素子815の動作を説明する模式図であり、符号1110および1111で示す矢印は、それぞれ透明ガラス基板1101および1102での液晶の配向方向を示す。 Next, the operation of the polarization state conversion element 815 will be described with reference to the drawings. FIGS. 21 and 22 are schematic diagrams illustrating the operation of the polarization state conversion element 815. Arrows indicated by reference numerals 1110 and 1111 indicate the alignment directions of the liquid crystal on the transparent glass substrates 1101 and 1102, respectively.

 光入射側の透明ガラス基板1102での液晶の配向方向1111は、入射する直線偏光の電気ベクトルの振動方向に平行(もしくは垂直)であり、液晶層1107は可視波長域においてウエーブガイドの条件を満たすものである。 The orientation direction 1111 of the liquid crystal on the transparent glass substrate 1102 on the light incident side is parallel (or perpendicular) to the vibration direction of the electric vector of the incident linearly polarized light, and the liquid crystal layer 1107 satisfies the condition of the waveguide in the visible wavelength region. Things.

 従って、偏光状態変換素子815の液晶層1107に電界を印加していないときは図21に例示するとおり、偏光状態変換素子815に入射した光学画像光は、その電気ベクトルの振動方向が90°回転した直線偏光、即ち、表示面に対して垂直方向の振動方向を有する直線偏光となり、投射レンズ810を介して、透過型スクリーン703に投射される。 Accordingly, when an electric field is not applied to the liquid crystal layer 1107 of the polarization state conversion element 815, as illustrated in FIG. 21, the optical image light incident on the polarization state conversion element 815 rotates its electric vector oscillation direction by 90 °. Is converted into linearly polarized light having a vibration direction perpendicular to the display surface, and is projected on the transmission screen 703 via the projection lens 810.

 本背面投射型表示装置に用いる透過型スクリーン703は前記実施例と同様、微小レンズとして球状の透明ビーズを用いた配光制御素子と、フレネルレンズから構成される。 透過 The transmission screen 703 used in the rear projection display device is composed of a light distribution control element using spherical transparent beads as micro lenses and a Fresnel lens, as in the above-described embodiment.

 この場合、上記のとおり、透過型スクリーン703に入射する投射光が、表示面に対して垂直方向の振動方向を有する直線偏光であれば、配光制御素子100の配光特性の偏光依存性により、水平方向よりも垂直方向の視野角が広くなる。 In this case, as described above, if the projection light incident on the transmissive screen 703 is a linearly polarized light having a vibration direction perpendicular to the display surface, the light distribution characteristics of the light distribution control element 100 depend on the polarization dependence. The viewing angle in the vertical direction becomes wider than in the horizontal direction.

 また、図22に例示するとおり、2枚の透明ガラス基板上に形成された透明電極1103および透明電極1105に電圧を印加し、液晶層1107に電界を印加することで、液晶分子をその分子長軸が透明ガラス基板に対してほぼ垂直となるようにすると、偏光状態変換素子815に入射した光学画像光は偏光状態が殆ど変わることなく通過する。即ち、表示面に対して水平方向の振動方向を有する直線偏光のまま、投射レンズ810を介して、透過型スクリーン703に投射される。この場合は透過型スクリーン703を構成する配光制御素子100の配光特性の偏光依存性により、垂直方向よりも水平方向の視野角が広くなる。 As illustrated in FIG. 22, a voltage is applied to the transparent electrode 1103 and the transparent electrode 1105 formed on two transparent glass substrates, and an electric field is applied to the liquid crystal layer 1107, so that the liquid crystal molecules have a molecular length. When the axis is set to be substantially perpendicular to the transparent glass substrate, the optical image light incident on the polarization state conversion element 815 passes through with almost no change in the polarization state. That is, the light is projected onto the transmission screen 703 via the projection lens 810 with the linearly polarized light having the vibration direction in the horizontal direction with respect to the display surface. In this case, the viewing angle in the horizontal direction is wider than in the vertical direction due to the polarization dependence of the light distribution characteristics of the light distribution control element 100 constituting the transmission screen 703.

 即ち、従来の背面投射型表示装置では透過型スクリーンを取り替えなければその視野角特性を変えることができなかったが、本発明の背面投射型表示装置では、偏光状態変換素子815の液晶層に印加する電界を制御すると云う簡単な操作で、視野角特性を容易に変え得ると云う画期的な効果がある。 That is, in the conventional rear projection display device, the viewing angle characteristics could not be changed without replacing the transmissive screen. However, in the rear projection display device of the present invention, the voltage applied to the liquid crystal layer of the polarization state conversion element 815 was changed. There is an epoch-making effect that the viewing angle characteristics can be easily changed by a simple operation of controlling the applied electric field.

 なお、本発明の背面投射型表示装置の偏光状態変換素子815は、上記TN液晶素子の他にECB(Electrically Controlled Birefringence)液晶素子を用いることができる。この場合、TN液晶素子と異なるのは、液晶層の厚さや液晶分子の配向方向等の液晶層に関する部分だけなので、図20に例示したTN液晶素子の模式断面図を用いて説明する。 In addition, as the polarization state conversion element 815 of the rear projection display device of the present invention, an ECB (Electrically Controlled Birefringence) liquid crystal element can be used in addition to the TN liquid crystal element. In this case, the only difference from the TN liquid crystal element is a portion related to the liquid crystal layer such as the thickness of the liquid crystal layer and the alignment direction of the liquid crystal molecules. Therefore, a description will be given with reference to a schematic cross-sectional view of the TN liquid crystal element illustrated in FIG.

 ECB液晶素子から構成される偏光状態変換素子815は、上記TN液晶素子から構成される偏光状態変換素子815と同様、ITOから成る透明電極1103およびポリイミド系高分子からなる配向膜1104が全面的に積層形成された第1の透明ガラス基板1101と、同じく透明電極1105および配向膜1106が全面的に積層形成された第2の透明ガラス基板1102と、2枚の透明ガラス基板間に図示しないスペーサーを挟むことで間隙を形成し、その周囲をシール剤1108で接続することで形成された空間に封入されたネマチック液晶からなる液晶層1107とから構成される。 The polarization state conversion element 815 composed of an ECB liquid crystal element has a transparent electrode 1103 composed of ITO and an alignment film 1104 composed of a polyimide-based polymer, like the polarization state conversion element 815 composed of the TN liquid crystal element. A first transparent glass substrate 1101 having a laminated structure, a second transparent glass substrate 1102 also having a transparent electrode 1105 and an alignment film 1106 formed over the entire surface, and a spacer (not shown) are provided between the two transparent glass substrates. A liquid crystal layer 1107 made of nematic liquid crystal sealed in a space formed by forming a gap by sandwiching and connecting the periphery with a sealant 1108.

 ネマチック液晶の誘電異方性は正であっても負であっても構わないが、液晶の配向は誘電異方性が正のネマチック液晶の場合はホモジニアス配向とし、誘電異方性が負のネマチック液晶の場合はホメオトロピック配向とする。 The nematic liquid crystal may have a positive or negative dielectric anisotropy, but the liquid crystal orientation is a homogeneous alignment for a nematic liquid crystal having a positive dielectric anisotropy, and a nematic liquid crystal having a negative dielectric anisotropy. In the case of liquid crystal, homeotropic alignment is used.

 この際、液晶層1107に電界を印加したときの液晶の配向方向を揃えるため、どちらの場合も1〜4°程度のプレチルト角を付け、液晶の分子長軸の方向が表示面に対して45°の方向となるように配向処理を行なう。 At this time, in order to make the alignment direction of the liquid crystal when an electric field is applied to the liquid crystal layer 1107 uniform, a pretilt angle of about 1 to 4 ° is provided in each case, and the direction of the molecular long axis of the liquid crystal is set to 45 ° with respect to the display surface. The alignment process is performed so as to be in the direction of °.

 液晶層1107の厚さをd、液晶の屈折率異方性をΔnとした場合、d・Δnはλ/2(λは光学画像光の中心波長)以上となるようにする。 場合 When the thickness of the liquid crystal layer 1107 is d and the anisotropy of the refractive index of the liquid crystal is Δn, d · Δn is set to be λ / 2 (λ is the center wavelength of the optical image light) or more.

 このように構成した偏光状態変換素子815では、2枚の透明ガラス基板上に形成された透明電極1103と1105に電圧を印加し、液晶層1107に電界を印加することで、入射する光学画像光に対して液晶層1107の見掛けのd・Δnを0〜λ/2の範囲で制御することができる。 In the polarization state conversion element 815 thus configured, by applying a voltage to the transparent electrodes 1103 and 1105 formed on two transparent glass substrates and applying an electric field to the liquid crystal layer 1107, the incident optical image light In contrast, the apparent d · Δn of the liquid crystal layer 1107 can be controlled in the range of 0 to λ / 2.

 従って、液晶層1107の見掛けのd・Δnが0のときは、偏光状態変換素子815に入射した光学画像光は、偏光状態が殆ど変えられることがなく通過すため、表示面に対して水平方向の振動方向を有する直線偏光のまま透過型スクリーン703に入射する。この場合は、透過型スクリーン703を構成する配光制御素子100の配光特性の偏光依存性により、垂直方向よりも水平方向の視野角が広くなる。 Therefore, when the apparent d · Δn of the liquid crystal layer 1107 is 0, the optical image light that has entered the polarization state conversion element 815 passes through without substantially changing the polarization state. Incident on the transmissive screen 703 as linearly polarized light having the vibration direction of. In this case, the viewing angle in the horizontal direction is wider than in the vertical direction due to the polarization dependence of the light distribution characteristics of the light distribution control element 100 constituting the transmission screen 703.

 また、液晶層の見掛けのd・Δnがλ/2のときは、偏光状態変換素子815に入射した画像光は、その電気ベクトルの振動方向が90°回転した直線偏光、即ち、表示面に対して垂直方向の振動方向を有する直線偏光となって透過型スクリーン703に入射する。この場合は配光制御素子100の配光特性の偏光依存性により、水平方向よりも垂直方向の視野角が広くなる。 When the apparent d · Δn of the liquid crystal layer is λ / 2, the image light incident on the polarization state conversion element 815 is linearly polarized light whose electric vector is rotated by 90 °, that is, with respect to the display surface. As a result, the light is converted into linearly polarized light having a vertical vibration direction and is incident on the transmission screen 703. In this case, the viewing angle in the vertical direction is wider than the horizontal direction due to the polarization dependence of the light distribution characteristics of the light distribution control element 100.

 さらに、液晶層の見掛けのd・Δnがλ/4のときは、偏光状態変換素子815に入射した画像光は略円偏光となって透過型スクリーン703に入射する。この場合は、垂直方向、水平方向共に同程度の等方的な視野角が得られる。 {Circle around (4)} When the apparent d · Δn of the liquid crystal layer is λ / 4, the image light incident on the polarization conversion element 815 becomes substantially circularly polarized light and is incident on the transmission screen 703. In this case, the same isotropic viewing angle can be obtained in both the vertical and horizontal directions.

 ここでECB液晶素子から構成される偏光状態変換素子815の動作を、図23および図24を用いて具体的に説明する。 Here, the operation of the polarization state conversion element 815 composed of an ECB liquid crystal element will be specifically described with reference to FIGS.

 偏光状態変換素子815の液晶として誘電異方性Δε=−4.2、屈折率異方性Δn=0.083のネマチック液晶を用い、液晶層の厚さを3.5μmとした。配向膜1104および1105は垂直配向性を示すポリイミド系配向膜を用い、表示面水平方向に対して45°の角度を成す方向にラビング処理を行ない、液晶分子に約2°のプレチルトを付与した。 ネ Nematic liquid crystal having dielectric anisotropy Δε = −4.2 and refractive index anisotropy Δn = 0.083 was used as the liquid crystal of the polarization state conversion element 815, and the thickness of the liquid crystal layer was 3.5 μm. As the alignment films 1104 and 1105, rubbing treatment was performed in a direction forming an angle of 45 ° with respect to the horizontal direction of the display surface, and a pretilt of about 2 ° was applied to the liquid crystal molecules, using a polyimide alignment film exhibiting vertical alignment.

 この偏光状態変換素子815の液晶層1107は、電界無印加の場合は、液晶層1107の見掛けのdΔnはほぼ0なので、図23に示する様に、入射した光学画像光は偏光状態が殆ど変えられることなく通過し、投射レンズ810を介して、表示面に対し水平方向の振動方向を有する直線偏光の状態で、透過型スクリーン703に投射される。この場合は透過型スクリーン703を構成する配光制御素子100の配光特性の偏光依存性により、垂直方向よりも水平方向の視野角が広くなる。 In the liquid crystal layer 1107 of this polarization state conversion element 815, when no electric field is applied, the apparent dΔn of the liquid crystal layer 1107 is almost 0. Therefore, as shown in FIG. The light passes through the projection screen 810 and is projected onto the transmission screen 703 via the projection lens 810 in a state of linearly polarized light having a vibration direction in a horizontal direction with respect to the display surface. In this case, the viewing angle in the horizontal direction is wider than in the vertical direction due to the polarization dependence of the light distribution characteristics of the light distribution control element 100 constituting the transmission screen 703.

 一方、図24に示す様に、2枚の透明ガラス基板上に形成された透明電極に電圧を印加し、液晶層1107に電界を印加することで液晶分子の分子長軸を透明ガラス基板に対して垂直方向から水平方向に傾けて、液晶層1107の見掛けのdΔnが225nmとなるようにすると、偏光状態変換素子815に入射した画像光はその電気ベクトルの振動方向がほぼ90°回転し、表示面に対して垂直方向の振動方向を有する直線偏光、もしくは、表示面に対してほぼ垂直方向に長軸を有する楕円偏光となって透過型スクリーン703に入射する。この場合、透過型スクリーン703を構成する配光制御素子100の配光特性の偏光依存性により、水平方向よりも垂直方向の視野角が広くなる。 On the other hand, as shown in FIG. 24, by applying a voltage to the transparent electrodes formed on the two transparent glass substrates and applying an electric field to the liquid crystal layer 1107, the molecular major axis of the liquid crystal molecules is moved relative to the transparent glass substrate. When the liquid crystal layer 1107 is tilted from the vertical direction to the horizontal direction so that the apparent dΔn of the liquid crystal layer 1107 becomes 225 nm, the vibration direction of the electric vector of the image light incident on the polarization state conversion element 815 is rotated by approximately 90 °. The light enters the transmissive screen 703 as linearly polarized light having a vibration direction perpendicular to the surface or elliptically polarized light having a major axis substantially perpendicular to the display surface. In this case, the viewing angle in the vertical direction becomes wider than in the horizontal direction due to the polarization dependence of the light distribution characteristics of the light distribution control element 100 constituting the transmission screen 703.

 また、偏光状態変換素子815の2枚の透明ガラス基板上に形成された透明電極に電圧を印加し、液晶層1107に電界を印加することで液晶分子の分子長軸を透明ガラス基板に対して垂直方向から水平方向へ傾けて、液晶層の見掛けのdΔnを137.5nmとなるようにすると、偏光状態変換素子815に入射した光学画像光は略円偏光となって透過型スクリーン703に入射する。この場合は透過型スクリーン703を構成する配光制御素子100の特性により、水平方向、垂直方向共に同程度の等方的な視野角が得られる。 Further, by applying a voltage to the transparent electrodes formed on the two transparent glass substrates of the polarization state conversion element 815 and applying an electric field to the liquid crystal layer 1107, the molecular long axis of the liquid crystal molecules is moved relative to the transparent glass substrate. When the liquid crystal layer is inclined from the vertical direction to the horizontal direction so that the apparent dΔn of the liquid crystal layer becomes 137.5 nm, the optical image light incident on the polarization state conversion element 815 becomes substantially circularly polarized light and is incident on the transmission screen 703. . In this case, the same isotropic viewing angle can be obtained in both the horizontal and vertical directions due to the characteristics of the light distribution control element 100 constituting the transmission screen 703.

 即ち、従来の背面投射型表示装置では透過型スクリーンを取り替えなければ、その視野角特性を変えることができなかったが、本背面投射型表示装置では、TN液晶素子、あるいは、ECB液晶素子により構成した偏光状態変換素子815の液晶層に印加する電界を制御することで、水平方向の視野角を広くしたり、垂直方向の視野角を広くしたり、水平方向、垂直方向共に同程度の等方的な視野角が得られるといった様に、容易に視野角特性を変えることができる。 That is, in the conventional rear projection display device, the viewing angle characteristics could not be changed without replacing the transmissive screen, but in the present rear projection display device, a TN liquid crystal element or an ECB liquid crystal element was used. By controlling the electric field applied to the liquid crystal layer of the polarized state conversion element 815, the viewing angle in the horizontal direction is widened, the viewing angle in the vertical direction is widened, and the horizontal and vertical directions are equally isotropic. The viewing angle characteristics can be easily changed such that a proper viewing angle is obtained.

 なお、上記実施例では偏光状態変換素子815として、液晶素子を用いることで視野角特性を可変とする場合について述べたが、この他に、例えば偏光状態変換素子815として位相差板を配置することで、所望の視野角特性を得るようにしてもよい。例えば、偏光状態変換素子815として1/4波長板を配置し、透過型スクリーン703に入射する光学画像光を、円偏光とすることで等方的な視野角を得るようにするなど種々の変形が考えられる。 In the above embodiment, the case where the viewing angle characteristic is made variable by using a liquid crystal element as the polarization state conversion element 815 has been described. In addition, for example, a phase difference plate may be provided as the polarization state conversion element 815. Thus, a desired viewing angle characteristic may be obtained. For example, various modifications such as disposing a quarter-wave plate as the polarization state conversion element 815 and obtaining an isotropic viewing angle by making the optical image light incident on the transmission screen 703 circularly polarized light. Can be considered.

 〔背面投射型表示装置の実施例3〕
 次に、本発明の他の背面投射型表示装置について説明する。図40は本実施例の背面投射型表示装置の模式構成斜視図である。
[Third Embodiment of Rear Projection Display Device]
Next, another rear projection display device of the present invention will be described. FIG. 40 is a schematic structural perspective view of the rear projection display device of the present embodiment.

 本実施例の背面投射型表示装置は、前記実施例2の背面投射型表示装置に、観察者の有無を感知する観察者感知部4002と、観察者感知部からの感知信号を受信して観察者の水平および垂直方向の位置を判断する観察者位置判断手段(図示省略)と、その情報に基づき投射装置701に配置した偏光状態変換素子に制御信号を出力する制御信号出力手段(図示省略)を付加したものである。 The rear projection type display apparatus of the present embodiment is different from the rear projection type display apparatus of the second embodiment in that an observer sensing unit 4002 for sensing the presence or absence of an observer and a sensing signal from the observer sensing unit are received for observation. Observer position determining means (not shown) for determining the horizontal and vertical positions of the observer, and control signal output means (not shown) for outputting a control signal to a polarization state conversion element arranged in the projection device 701 based on the information. Is added.

 観察者感知部4002は、複数の観察者感知センサーから構成され、これら観察者感知センサーは、区分された複数の領域に存在する観察者をそれぞれ感知する。該観察者感知センサーには赤外線センサーが用いられる。 The observer sensing unit 4002 includes a plurality of observer sensing sensors, and each of the observer sensing sensors senses an observer present in a plurality of divided areas. An infrared sensor is used as the observer detection sensor.

 図41および図42は、観察者感知センサーが感知する区分された領域を例示したものである。図41には垂直方向をI,II,IIIの3領域に、また、図42には水平方向をA、B、Cの3領域に区分した場合を示す。この例では、観察者4100を感知するための観察者感知センサーは9つ必要である。 FIGS. 41 and 42 show examples of the divided areas detected by the observer sensor. FIG. 41 shows a case where the vertical direction is divided into three regions I, II and III, and FIG. 42 shows a case where the horizontal direction is divided into three regions A, B and C. In this example, nine observer sensing sensors for sensing the observer 4100 are required.

 上記の観察者感知部4002に設けた9つの観察者感知センサーが、それぞれ背面投射型表示装置4001の前方で観察する観察者4100を感知し、それぞれの感知信号に基づき観察者位置判断手段が垂直および水平のどの領域(位置)に観察者4100が存在するかを判断する。この観察者位置判断手段の情報に基づき制御信号出力手段が、投射装置701の偏光状態変換素子に制御信号を出力する。 The nine observer sensing sensors provided in the observer sensing unit 4002 respectively sense the observer 4100 observing in front of the rear projection display device 4001, and the observer position determining means is vertically determined based on each sensed signal. Then, it is determined in which horizontal area (position) the observer 4100 exists. The control signal output means outputs a control signal to the polarization conversion element of the projection device 701 based on the information of the observer position determination means.

 ここで、前記実施例2と同様に、本実施例の背面投射型表示装置は、投射光704の偏光状態を投射装置701内の偏光状態変換素子により変えることで、透過型スクリーン703の視野角特性を変えることができる。即ち、観察者の位置を感知,判断して、偏光状態変換素子を制御し、投射光704の偏光状態を適切な状態に変換することで、観察者に明るい映像を提供することができる。 Here, similarly to the second embodiment, the rear-projection display device of the present embodiment changes the polarization state of the projection light 704 by using a polarization state conversion element in the projection device 701 to thereby change the viewing angle of the transmission screen 703. Characteristics can be changed. In other words, a bright image can be provided to the observer by sensing and determining the position of the observer, controlling the polarization state conversion element, and converting the polarization state of the projection light 704 to an appropriate state.

 次に、図43および図44により本背面投射型表示装置の効果を説明する。一般に、背面投射型表示装置では限られた光を観察者方向に有効に配光するため、垂直方向の視野角は、水平方向の視野角よりも狭く設定されており、図43に例示する様にスクリーン703の全面にわたって、均一な明るさの映像が得られる有効範囲は垂直方向では狭くなっている。このため、観察者4100は椅子に座るなどして適切な高さで観察するか、または、一定の距離を保って観察するなどしなければ、良好な画質を得ることができない。 Next, the effects of the rear projection display device will be described with reference to FIGS. 43 and 44. In general, in a rear projection display device, in order to effectively distribute limited light toward a viewer, a vertical viewing angle is set to be narrower than a horizontal viewing angle, as shown in FIG. The effective range in which an image with uniform brightness can be obtained over the entire surface of the screen 703 is narrow in the vertical direction. Therefore, unless the observer 4100 observes at an appropriate height by sitting in a chair or the like, or observes at a certain distance, good image quality cannot be obtained.

 従って、図43に例示するとおり、観察者4100が椅子に座っているときには良好な映像を観ることができても、立ち上がるとスクリーン703下部の画像は暗くなり良好な映像を観ることができなくなると云った問題があった。 Therefore, as illustrated in FIG. 43, even if the observer 4100 can view a good image when sitting in a chair, when the user stands up, the image under the screen 703 becomes dark, and the good image cannot be viewed. There was the problem.

 しかし、本背面投射型表示装置では観察者が立ち上がった場合、立ち上がった観察者4102は観察者感知部4002により感知され、この感知信号をもとに観察者の位置は人体位置判断手段により判断される。さらにこの観察者の位置情報をもとに制御信号出力手段が偏光状態変換素子を制御し、投射光の偏光状態を適切な状態に変換することで、図44に例示する様に、垂直方向の視野角を拡大して立ち上がった観察者4102に良好な映像を提供できる。 However, in the case of the rear projection type display device, when the observer stands up, the observer 4102 that stands up is sensed by the observer sensing unit 4002, and the position of the observer is judged by the human body position judging means based on this sensed signal. You. Further, the control signal output means controls the polarization state conversion element based on the observer's position information, and converts the polarization state of the projection light into an appropriate state, as shown in FIG. A good image can be provided to the observer 4102 who stands up by expanding the viewing angle.

 より具体的には図43に例示する状態では、スクリーン703に投射される投射光をスクリーン703の表示面に対し、水平方向の振動方向を有する直線偏光とすることで、垂直方向よりも水平方向の視野角が広い視野角特性としている。 More specifically, in the state illustrated in FIG. 43, the projection light projected on the screen 703 is linearly polarized light having a horizontal vibration direction with respect to the display surface of the screen 703, so that the light is projected in the horizontal direction rather than in the vertical direction. Has a wide viewing angle characteristic.

 しかし、観察察者が立ち上がった場合には、観察者感知部4002の感知信号をもとに偏光状態変換素子を制御して、投射光をスクリーン703の表示面に対し垂直方向の振動方向を有する直線偏光へ変換することで図44に例示する通り、垂直方向の視野角を広げて観察者4102に良好な映像を提供できる。 However, when the observer stands up, the polarization state conversion element is controlled based on the sensing signal of the observer sensing unit 4002, and the projected light has a vibration direction perpendicular to the display surface of the screen 703. By converting the light into linearly polarized light, a favorable image can be provided to the observer 4102 by widening the vertical viewing angle as illustrated in FIG.

 上記の通り、本背面投射型表示装置は、観察者の位置に応じて視野角特性が自動的に変わり、限られた映像光を観察者の方向へ有効に配光できるため、観察者は任意の位置で良好な映像が得られる。 As described above, in the rear projection type display device, the viewing angle characteristic automatically changes according to the position of the observer, and the limited image light can be effectively distributed to the observer, so that the observer is optional. A good image can be obtained at the position.

 〔背面投射型表示装置の実施例4〕
 次に本発明の他の背面投射型表示装置について説明する。本実施例の背面投型表示装置は、図11を用いて説明した前記実施例と同様であるが、投射装置701に使用される2次元光学スイッチ素子の構成が異なる。
[Fourth Embodiment of Rear Projection Display Device]
Next, another rear projection type display device of the present invention will be described. The rear projection display device of the present embodiment is the same as the embodiment described with reference to FIG. 11, but the configuration of the two-dimensional optical switch element used for the projection device 701 is different.

 本背面投射型表示装置の特徴は、投射装置701に使用される2次元光学スイッチ素子が、表示に偏光を用いず無偏光の状態で表示を行なうことを特徴とし、これにより透過型スクリーン703を構成する配光制御素子100の透明基材の光学的な異方性による縞模様の発生や、配光制御素子の配光特性の偏光依存性による色度変化といった課題を根本から回避することを特徴とする。 The feature of the rear projection type display device is that the two-dimensional optical switch element used in the projection device 701 performs display in a non-polarized state without using polarized light for display. It is possible to fundamentally avoid problems such as generation of a striped pattern due to optical anisotropy of the transparent base material of the light distribution control element 100 and chromaticity change due to polarization dependence of the light distribution characteristic of the light distribution control element. Features.

 表示に偏光を用いない2次元光学スイッチ素子としては種々考えられるが、ここでは、まず、ポリマ分散型液晶素子を散乱型表示素子として用いる場合について説明する。 Various types of two-dimensional optical switch elements that do not use polarized light for display are conceivable. Here, first, the case where a polymer dispersion type liquid crystal element is used as a scattering type display element will be described.

 ポリマ分散型液晶としては、マイクロカプセルに入った正の誘電異方性を有するネマチック液晶をポリマ中に分散したもの、ポリママトリクス中に液晶滴を分散したもの、あるいは、液晶連続層中に網目状ポリマを形成したもの等がある。 Polymer-dispersed liquid crystals include nematic liquid crystals with positive dielectric anisotropy in microcapsules dispersed in a polymer, liquid crystal droplets dispersed in a polymer matrix, or a network-like liquid crystal continuous layer. There are those formed with a polymer.

 図25は、ポリマ分散型液晶素子の一例を示す模式断面図である。このポリマ分散型液晶素子2500は、ITOから成る透明電極2503が全面に形成された第1の透明ガラス基板2501と、画素を形成する透明電極2504およびこれと接続される図示しない配線や薄膜トランジスタ等のスイッチング素子を有する第2の透明ガラス基板2502と、シール剤2508を介して接続された2枚の透明ガラス基板2501、2502の間に形成されたポリマ分散液晶層2505とから構成される。 FIG. 25 is a schematic cross-sectional view showing an example of the polymer dispersion type liquid crystal element. The polymer-dispersed liquid crystal element 2500 includes a first transparent glass substrate 2501 on which a transparent electrode 2503 made of ITO is formed on the entire surface, a transparent electrode 2504 for forming a pixel, and a wiring and a thin film transistor (not shown) connected thereto. It comprises a second transparent glass substrate 2502 having switching elements and a polymer dispersed liquid crystal layer 2505 formed between two transparent glass substrates 2501 and 2502 connected via a sealant 2508.

 ポリマ分散液晶層2505は、ポリビニルアルコール等のポリマ2507中に正の誘電異方性を有する液晶滴2506を分散したもので、液晶の分子短軸方向の屈折率とポリマの屈折率は略一致している。 The polymer dispersed liquid crystal layer 2505 is formed by dispersing liquid crystal droplets 2506 having a positive dielectric anisotropy in a polymer 2507 such as polyvinyl alcohol, and the refractive index of the liquid crystal in the minor axis direction and the refractive index of the polymer are substantially the same. ing.

 図26にポリマ分散型液晶素子の動作を示す。ポリマ分散液晶層2505の液晶は、ポリマ分散液晶層2505に電界が印加されていない場合、液晶がポリマ側壁によるアンカリング、壁面の形状、表面エネルギーなどの影響を受け、不規則に配列している。このため、ポリマ分散液晶層2505は、液晶分子長軸方向の屈折率neから液晶短軸方向の屈折率noまでの屈折率分布を有する微粒子が、屈折率noのポリママトリクス中に浮かんでいることになり、入射した光は屈折率の異なる界面で屈折し、散乱する。 FIG. 26 shows the operation of the polymer dispersion type liquid crystal element. When no electric field is applied to the polymer dispersed liquid crystal layer 2505, the liquid crystals of the polymer dispersed liquid crystal layer 2505 are irregularly arranged due to the effects of anchoring by the polymer side wall, the shape of the wall surface, surface energy, and the like. . Therefore, in the polymer dispersed liquid crystal layer 2505, fine particles having a refractive index distribution from the refractive index ne in the major axis direction of the liquid crystal molecules to the refractive index no in the minor axis direction of the liquid crystal are floating in the polymer matrix having the refractive index no. The incident light is refracted and scattered at interfaces having different refractive indexes.

 一方、透明ガラス基板2501、2502上の透明電極に電圧を印加して液晶に電界を印加すると、液晶はその分子長軸が透明ガラス基板に対して垂直方向に配列され、光の進行方向からみる液晶の屈折率はnoで一定となり、ポリママトリクスの屈折率と一致する。このため、入射光は液晶とポリマの界面で散乱することなく透過する。 On the other hand, when an electric field is applied to the liquid crystal by applying a voltage to the transparent electrodes on the transparent glass substrates 2501 and 2502, the liquid crystal is arranged with its molecular long axis perpendicular to the transparent glass substrate and viewed from the light traveling direction. The refractive index of the liquid crystal becomes constant at no and matches the refractive index of the polymer matrix. Therefore, the incident light is transmitted without being scattered at the interface between the liquid crystal and the polymer.

 このようにポリマ分散型液晶素子では、ポリマ分散液晶層2505への電界の印加/非印加によって光の散乱度合いを変化させることができる。しかし、光の透過量が変化するわけではないので、これを表示に用いるためには光の散乱度合いを光の明暗に変換する光学系が必要となる。よく知られているようにこのような目的にはシュリーレン光学系が用いられる。 As described above, in the polymer dispersed liquid crystal element, the degree of light scattering can be changed by applying / non-applying an electric field to the polymer dispersed liquid crystal layer 2505. However, since the amount of transmitted light does not change, an optical system that converts the degree of scattering of light into light and dark of light is required in order to use it for display. As is well known, a Schlieren optical system is used for such a purpose.

 図27および図28はシュリーレン光学系を用いたポリマ分散型液晶素子の表示動作を説明する模式図である。光源2801から出射した略平行光は収束レンズ2802の作用により入射側絞り2803の開口部に収束され、入射側絞り2803の開口部を通過した光はレンズ2701により、再び略平行光となりポリマ分散型液晶素子2500に入射する。図示した様に、ポリマ分散型液晶素子2500のポリマ分散液晶層に、十分な電界が印加されているとポリマ分散型液晶素子2500に入射した光はほぼ平行光のまま透過し、収束レンズ2702で収束され、出射側絞り2817の開口部を通過する。 FIGS. 27 and 28 are schematic diagrams illustrating the display operation of a polymer dispersed liquid crystal element using a schlieren optical system. Substantially parallel light emitted from the light source 2801 is converged on the opening of the entrance-side stop 2803 by the action of the converging lens 2802, and light that has passed through the opening of the entrance-side stop 2803 becomes almost parallel light again by the lens 2701 and becomes a polymer dispersion type. The light enters the liquid crystal element 2500. As shown in the figure, when a sufficient electric field is applied to the polymer dispersed liquid crystal element 2500 of the polymer dispersed liquid crystal element 2500, the light incident on the polymer dispersed liquid crystal element 2500 is transmitted as almost parallel light, and converged by the converging lens 2702. The light is converged and passes through the opening of the exit-side stop 2817.

 一方、図28に示すとおり、ポリマ分散型液晶素子2500のポリマ分散液晶層に電界が印加されていないときは、ポリマ分散型液晶素子2500に入射した光は散乱し、出射側絞り2817の開口部をほとんど通過できない。従って、出射側絞り2817を通過する光を表示に用いることで明暗の表示が可能になる。 On the other hand, as shown in FIG. 28, when an electric field is not applied to the polymer dispersed liquid crystal element 2500 of the polymer dispersed liquid crystal element 2500, the light incident on the polymer dispersed liquid crystal element 2500 is scattered, and Can hardly pass through. Therefore, by using the light passing through the exit-side stop 2817 for display, it is possible to display light and dark.

 次にポリマ分散型液晶素子を2次元光学スイッチ素子として用いた投射装置について説明する。 Next, a description will be given of a projection apparatus using a polymer dispersed liquid crystal element as a two-dimensional optical switch element.

 図29は、ポリマ分散型液晶素子を用いた投射装置の一例を示す模式断面図である。 FIG. 29 is a schematic sectional view showing an example of a projection device using a polymer dispersed liquid crystal element.

 光源2801は回転放物面形状のリフレクタと、リフレクタの焦点位置に発光部を配置したメタルハライドランプから構成されており、発光部から出射した光の大部分はリフレクタで反射し、略平行光となり出射する。光源2801から出射した光は、UV,IRカットフィルタ(図示省略)を通過することで、紫外線や赤外線が取り除かれた白色光となり、入射側収束レンズ2802の作用により入射側絞り2803の開口部に収束される。 The light source 2801 is composed of a reflector having a paraboloid of revolution and a metal halide lamp having a light-emitting portion arranged at the focal point of the reflector. Most of the light emitted from the light-emitting portion is reflected by the reflector and becomes substantially parallel light. I do. Light emitted from the light source 2801 passes through a UV / IR cut filter (not shown) to become white light from which ultraviolet rays and infrared rays have been removed. Converged.

 上記入射側絞り2803を通過した白色光は、赤色光反射ダイクロイックミラー2804で赤色光成分が反射し、反射した赤色光は全反射ミラー2807を介して、入射側レンズ2812に入射し、該入射側レンズの作用により平行光となってポリマ分散型液晶素子2815に入射する。 The red light component of the white light that has passed through the entrance-side stop 2803 is reflected by a red-light reflecting dichroic mirror 2804, and the reflected red light is incident on the entrance-side lens 2812 via a total reflection mirror 2807. The light is converted into parallel light by the action of the lens and is incident on the polymer dispersion type liquid crystal element 2815.

 一方、赤色光反射ダイクロイックミラー2804を透過した光の内、緑色光成分は緑色光反射ダイクロイックミラー2805で反射して、入射側レンズ2811に入射し、その作用により平行光となってポリマ分散型液晶素子2814に入射する。 On the other hand, of the light transmitted through the red light reflecting dichroic mirror 2804, the green light component is reflected by the green light reflecting dichroic mirror 2805 and is incident on the incident side lens 2811, and is converted into parallel light by the action of the polymer dispersed liquid crystal. Light enters the element 2814.

 また、緑色光反射ダイクロイックミラー2805を透過した青色光は、入射側レンズ2810に入射し、その作用により平行光となってポリマ分散型液晶素子2813に入射する。 The blue light transmitted through the green light reflecting dichroic mirror 2805 is incident on the incident side lens 2810, becomes parallel light by the action thereof, and is incident on the polymer dispersed liquid crystal element 2813.

 ポリマ分散型液晶素子2813、2814、2815に入射した各色光は、それぞれの画像情報に応じて散乱状態が制御されてポリマ分散型液晶素子から出射する。ポリマ分散型液晶素子2815を通過した赤色光は、緑色光反射ダイクロイックミラー2808および青色光反射ダイクロイックミラー2809を透過して投射レンズ2819に入射する。 色 Each color light incident on the polymer dispersion type liquid crystal elements 2813, 2814, 2815 is emitted from the polymer dispersion type liquid crystal element with the scattering state controlled according to the respective image information. The red light that has passed through the polymer dispersed liquid crystal element 2815 passes through the green light reflecting dichroic mirror 2808 and the blue light reflecting dichroic mirror 2809 and enters the projection lens 2819.

 また、ポリマ分散型液晶素子2814を通過した緑色光は、緑色光反射ダイクロイックミラー2808で反射して、赤色光と合成され、青色光反射ダイクロイックミラー2809を透過して投射レンズ2819に入射する。ポリマ分散型液晶素子2813を通過した青色光は全反射ミラー2806および青緑色光反射ダイクロイックミラー2809で反射して、赤色光および緑色光と合成されて投射レンズ2819に入射する。 The green light that has passed through the polymer dispersed liquid crystal element 2814 is reflected by the green light reflecting dichroic mirror 2808, is combined with red light, passes through the blue light reflecting dichroic mirror 2809, and enters the projection lens 2819. The blue light that has passed through the polymer dispersed liquid crystal element 2813 is reflected by the total reflection mirror 2806 and the blue-green light reflection dichroic mirror 2809, is combined with red light and green light, and is incident on the projection lens 2819.

 投射レンズ2819は、後群レンズ2816および前群レンズ2818とこれらの間に配置された出射側絞り2817から構成される。 The projection lens 2819 includes a rear lens group 2816, a front lens group 2818, and an emission-side stop 2817 disposed therebetween.

 投射レンズ2819の後群レンズ2816と、前記入射側レンズ2810、2811および2812は、投射レンズの出射側絞り2817と、前記入射側絞り2803を互いに共役な関係としている。このため投射レンズ2819に入射した光の内、ポリマ分散型液晶素子2813、2814、2815において散乱作用を受けなかった画素の光は、出射側絞り2817を通過して明表示となる。 の 後 The rear group lens 2816 of the projection lens 2819 and the incident side lenses 2810, 2811 and 2812 have a conjugate relationship between the exit side stop 2817 of the projection lens and the entrance side stop 2803. For this reason, of the light incident on the projection lens 2819, the light of the pixel which has not been scattered by the polymer dispersion type liquid crystal elements 2813, 2814, 2815 passes through the exit side stop 2817 and is displayed brightly.

 一方、ポリマ分散型液晶素子2813、2814、2815において散乱作用を受けた画素の光は、その一部、または、ほとんどが出射側絞り2817を通過できないため暗表示となる。 On the other hand, some or most of the light of the pixels that have been scattered by the polymer dispersion type liquid crystal elements 2813, 2814, and 2815 cannot pass through the exit-side aperture 2817, resulting in dark display.

 このように本投射装置から投射される光学画像光は、表示に偏光を利用しないため略無偏光の状態である。つまり、透過型スクリーン703に入射する光学画像光は無偏光であるため、それを構成する配光制御素子100の透明基材に複屈折性があっても、透明基材の光学的な異方性による縞模様の発生や、配光制御素子の配光特性の偏光依存性による色度変化と云った問題は回避される。つまり、配光制御素子の透明基材として、光学異方性のある透明体を用いてもよいので材料選択範囲が広く、従ってより安価で高強度の材料を用いることが可能となる。 (4) The optical image light projected from the projection apparatus in this way is in a substantially non-polarized state because polarized light is not used for display. That is, since the optical image light incident on the transmission screen 703 is non-polarized light, even if the transparent base of the light distribution control element 100 constituting the optical screen has birefringence, the optical anisotropy of the transparent base is obtained. Problems such as the occurrence of a stripe pattern due to the nature and the change in chromaticity due to the polarization dependence of the light distribution characteristics of the light distribution control element are avoided. That is, since a transparent body having optical anisotropy may be used as the transparent base material of the light distribution control element, the material selection range is wide, and therefore, a cheaper and higher-strength material can be used.

 上記により、複屈折性の小さいフィルム、例えば、TACフィルムのように高価で、強度の弱いフィルムの代わりに、2軸延伸したPETフィルムのように安価で高強度のフィルムを配光制御素子の部材として用いることができ、背面投射型表示装置の透過型スクリーンを低コストで実現できる。 As described above, instead of a film having a small birefringence, for example, an expensive and weak film such as a TAC film, an inexpensive and high-strength film such as a biaxially stretched PET film is used as a member of the light distribution control element. The transmission screen of the rear projection display device can be realized at low cost.

 ここで、本実施例に用いる配光制御素子100について説明する。本配光制御素子100は図1および図2に例示したものと同様な構成となっている。透明基材101には厚さ120μmの平坦な2軸延伸したPETフィルムを用いた。2軸延伸フィルムは、無延伸フィルムに比べて引張り強さや衝撃強さが増大し、透明性、使用温度範囲等の物性も著しく向上している。 Here, the light distribution control element 100 used in the present embodiment will be described. The light distribution control element 100 has the same configuration as that illustrated in FIGS. 1 and 2. As the transparent substrate 101, a flat biaxially stretched PET film having a thickness of 120 μm was used. The biaxially stretched film has increased tensile strength and impact strength as compared with a non-stretched film, and also has significantly improved physical properties such as transparency and operating temperature range.

 本配光制御素子100は以下に述べる方法で作製した。透明基材101の表面にポリエステル系ホットメルト接着剤からなる透明接着剤層を5μm、その上に同じくポリエステル系ホットメルト接着剤にカーボンブラックを10重量部配合した着色接着剤層を4.5μmを形成し、一旦、固化する。 The light distribution control element 100 was manufactured by the method described below. On the surface of the transparent base material 101, a transparent adhesive layer made of a polyester-based hot-melt adhesive was 5 μm, and on top of that, a colored adhesive layer obtained by mixing 10 parts by weight of carbon black with the polyester-based hot-melt adhesive was 4.5 μm. Form and once solidify.

 その上に屈折率が1.935(波長589.3nm)、直径が50μmの球体状のガラス製透明ビーズを密に分散配置し、恒温槽中で透明接着剤層および着色接着剤層を軟化させつつ、加圧板により透明ビーズを透明基材側へ加圧して該ビーズを接着剤層に埋没,固着する。透明ビーズ固着後の接着層の厚さは透明接着剤層と着色接着剤層合わせて約21μmであり、透明ビーズはその直径の約58%が接着剤層から露出していた。 Spherical transparent glass beads having a refractive index of 1.935 (wavelength: 589.3 nm) and a diameter of 50 μm are densely dispersed thereon, and the transparent adhesive layer and the colored adhesive layer are softened in a thermostat. Meanwhile, the transparent beads are pressed against the transparent base material side by a pressure plate to bury and fix the beads in the adhesive layer. The thickness of the adhesive layer after fixing the transparent beads was about 21 μm in total for the transparent adhesive layer and the colored adhesive layer, and about 58% of the diameter of the transparent beads was exposed from the adhesive layer.

 この配光制御素子100の透明基材101側表面に、厚さ2mmの平坦で透明な光学的に等方なアクリル板を貼り合わせ、さらに透明ビーズ105側にフレネルレンズを配置して透過型スクリーン703としたものを2次元光学スイッチ素子として、ポリマ分散型液晶素子を用いた投射装置701およびミラー702と組み合わせ図11に示す様な背面投射型表示装置を実現した。 A flat, transparent, optically isotropic acrylic plate having a thickness of 2 mm is bonded to the surface of the light distribution control element 100 on the side of the transparent substrate 101, and a Fresnel lens is disposed on the side of the transparent beads 105 to form a transmission screen. A rear projection type display device as shown in FIG. 11 was realized by combining the device 703 with a projection device 701 and a mirror 702 using a polymer dispersed liquid crystal device as a two-dimensional optical switch device.

 この背面投射型表示装置を評価したところ、投射装置701から投射される各色光の偏光状態は無偏光で一致しており、透過型スクリーン703を構成する配光制御素子100の配光特性の偏光依存性による色付きや、縞模様のない高品位な画像を得ることができた。また、水平方向、垂直方向共に±60°と広く、等方的な視野角が得られた。 When this rear-projection type display device was evaluated, the polarization state of each color light projected from the projection device 701 was non-polarized and matched, and the polarization state of the light distribution characteristics of the light distribution control element 100 constituting the transmission type screen 703 was determined. A high-quality image without coloring or stripes due to dependence was obtained. Further, both the horizontal direction and the vertical direction were as wide as ± 60 °, and an isotropic viewing angle was obtained.

 さらに、外部から透過型スクリーンへ入射する不要光は、配光制御素子の着色接着剤層で吸収されるため、明るい環境下(垂直照度300lx)において、0.5cd/m2と低輝度な黒表示が実現され、明るい環境下でも高いコントラスト比が得られた。 Further, unnecessary light entering the transmissive screen from the outside is absorbed by the colored adhesive layer of the light distribution control element, and therefore, in a bright environment (vertical illuminance: 300 lx), the black light having a low luminance of 0.5 cd / m 2. Display was realized, and a high contrast ratio was obtained even in a bright environment.

 なお、表示に偏光を用いない2次元光学スイッチ素子としては、米国特許第5061049号、同第5083857号、または、米国特許出願08/161832および米国特許出願08/171303等に記載されているディジタルミラーデバイス(DMD)を用いることができる。 Incidentally, as a two-dimensional optical switch element which does not use polarized light for display, a digital mirror described in U.S. Pat. Nos. 5,610,049 and 5,083,857 or U.S. Patent Application No. 08/161832 and U.S. Pat. A device (DMD) can be used.

 上記DMDは、半導体基板上に捻じれヒンジにより支持された画素に相当する微小ミラーのアレーと、アドレス電極とを有しており、アドレス電極に電圧が印加されると微小ミラーが静電吸引力により偏向、または、回転するものである。 The DMD has an array of micromirrors corresponding to pixels supported by a torsion hinge on a semiconductor substrate, and an address electrode. When a voltage is applied to the address electrodes, the micromirrors exert an electrostatic attraction force. Deflecting or rotating.

 従って、入射光を投射レンズに向けて反射すると明表示、入射光を光吸収手段に向けて反射すると暗表示となる。即ち、無偏光で表示を行なうことができるので、ポリマ分散型液晶素子を用いた背面投射型表示装置と同様、透過型スクリーンとして用いる配光制御素子の透明基材が、光学的に異方性であっても配光特性の偏光依存性による色付きや、縞模様のない高品位な画像を得ることができる。 Therefore, when the incident light is reflected toward the projection lens, a bright display is obtained, and when the incident light is reflected toward the light absorbing means, a dark display is obtained. That is, since the display can be performed with no polarization, the transparent base material of the light distribution control element used as the transmission screen is optically anisotropic, as in the rear projection display apparatus using the polymer dispersed liquid crystal element. Even with this, it is possible to obtain a high-quality image without coloring or stripes due to the polarization dependence of the light distribution characteristics.

 〔背面投射型表示装置の実施例5〕
 次に本発明の他の背面投射型表示装置について説明する。ここで述べる背面投型表示装置は図11を用いて説明した上記実施例と同様、投射装置701、ミラー702、透過型スクリーン703を有し、投射装置701から出射した投射光704がミラー702を介して透過型スクリーン703に照射され、画像が表示されるものであるが、投射装置701の構成が異なる。
[Fifth Embodiment of Rear Projection Display Device]
Next, another rear projection type display device of the present invention will be described. The rear projection display device described here has a projection device 701, a mirror 702, and a transmission type screen 703 as in the above-described embodiment described with reference to FIG. 11, and the projection light 704 emitted from the projection device 701 passes through the mirror 702. Although the image is displayed by irradiating the transmission screen 703 via the transmission screen 703, the configuration of the projection device 701 is different.

 本発明の要点の一つは、透過型スクリーン703を構成する配光制御素子100に入射する画像光を、概ね無偏光とすることにある。従って、本実施例では2次元光学スイッチ素子として、無偏光で表示可能な表示素子を用いる他に、配光制御素子と2次元光学スイッチ素子との間に、偏光を解消する偏光解消手段を配置することでこれを実現した。 One of the points of the present invention is that the image light incident on the light distribution control element 100 constituting the transmissive screen 703 is substantially non-polarized light. Therefore, in this embodiment, in addition to using a display element capable of displaying non-polarized light as the two-dimensional optical switch element, a depolarizing means for depolarizing light is disposed between the light distribution control element and the two-dimensional optical switch element. To achieve this.

 偏光解消手段としては波長幅、時間などの積分範囲内でいろいろな偏光を人為的に作り、これらを混合平均化することで位相の面で概ね無偏光を作る素子、いわゆる、擬似デポラライザーを用いることができる。 As a depolarizing means, an element that artificially creates various polarized lights within an integration range such as a wavelength width and time, and mixes and averages them to produce substantially non-polarized light in terms of phase, a so-called pseudo depolarizer is used. be able to.

 該デポラライザーとしては、例えば、光学軸に平行に切出し研磨した、屈折率異方性Δn=0.009で、厚さ2mmと厚さ1mmの水晶板を、遅相軸が互いに45°を成すように組み合わせたLyotのデポラライザーを用いることができる。このデポラライザーを用いれば、白色光に対してほぼ完全なデポラライザーとなる。また、膜厚をd、屈折率異方性をΔnとしたときd・Δnを可視波長に対して十分大きくした高分子液晶フィルムや位相差フィルムを積層したもので、同様に擬似デポラライザーを構成してもよい。 As the depolarizer, for example, a quartz plate having a refractive index anisotropy Δn = 0.009 and a thickness of 2 mm and a thickness of 1 mm, which is cut out and polished in parallel with the optical axis, and whose slow axes are at 45 ° to each other. Lyot depolarizers can be used. If this depolarizer is used, it becomes a nearly perfect depolarizer for white light. Also, when the film thickness is d and the refractive index anisotropy is Δn, a polymer liquid crystal film or a retardation film in which d · Δn is sufficiently large with respect to a visible wavelength is laminated, and a pseudo depolarizer is similarly formed. May be.

 このような擬似デポラライザーは、例えば、図30に示す投射装置のように、2次元光学スイッチ素子807、808、809を通過した光が色合成された後の光路中に配置するとよい。図30は上記実施例で説明したTN液晶表示素子を用いた投射装置に、擬似デポラライザー3000を新たに配置したものである。これによって、偏光がほぼ解消された光学画像光を透過型スクリーン703に投射することができる。 擬 似 Such a pseudo depolarizer may be arranged in the optical path after the light that has passed through the two-dimensional optical switch elements 807, 808, and 809 has been color-combined, for example, as in the projection device shown in FIG. FIG. 30 shows a projection device using the TN liquid crystal display element described in the above embodiment, in which a pseudo depolarizer 3000 is newly arranged. Thus, the optical image light whose polarization has been substantially eliminated can be projected on the transmission screen 703.

 つまり、投射装置701から投射される各色光の偏光状態は、概ね無偏光となり一致しているため、配光制御素子100の配光特性の偏光依存性による色付きや、縞模様のない高品位な画像を得ることができる。さらに、配光制御素子100の透明基材101として光学異方性のある透明体を用いてもよいため、透明基材101の材料選択範囲が広くなり、より安価で強度の高い材料を用いることが可能となる。 なお、以上述べた背面投射型表示装置ではその投射装置の2次元光学スイッチ素子として、透過型の液晶表示素子を用いたものについて説明してきたが、これに限定されず、反射型の表示素子であってもよい。 That is, since the polarization state of each color light projected from the projection device 701 is substantially non-polarized and coincides, the color distribution due to the polarization dependence of the light distribution characteristics of the light distribution control element 100 and the high quality without stripes are obtained. Images can be obtained. Further, since a transparent body having optical anisotropy may be used as the transparent base material 101 of the light distribution control element 100, the material selection range of the transparent base material 101 is widened, and a cheaper and stronger material is used. Becomes possible. In the rear projection display device described above, a description has been given of a case where a transmission type liquid crystal display device is used as the two-dimensional optical switch element of the projection device. However, the present invention is not limited to this, and a reflection type display device may be used. There may be.

 また、表示モードもTNモードに限らず、VA(Vertical Aligned)モードや、ECBモード、OCBモード、STN(Super Twisted Nematic)モード等の液晶表示素子、強誘電液晶や反強誘電液晶を用いた液晶表示素子であってもよい。 Further, the display mode is not limited to the TN mode, but a liquid crystal display element such as a VA (Vertical Aligned) mode, an ECB mode, an OCB mode, an STN (Super Twisted Nematic) mode, and a liquid crystal using a ferroelectric liquid crystal or an antiferroelectric liquid crystal. It may be a display element.

 〔液晶表示装置の実施例1〕
 図31は、本発明に係る配光制御素子を用いた直視型の液晶表示装置の模式断面図である。
[Example 1 of liquid crystal display device]
FIG. 31 is a schematic sectional view of a direct-view type liquid crystal display device using the light distribution control element according to the present invention.

 本発明の液晶表示装置は、液晶表示素子1302と、その背面に設けられたバックライト装置1301と、液晶表示素子1302の背面と前面とにそれぞれ配置された偏光子1204および検光子1214と、検光子1214の前面に設けられた本発明の配光制御素子100とから構成される。 The liquid crystal display device of the present invention includes a liquid crystal display element 1302, a backlight device 1301 provided on the back surface thereof, a polarizer 1204 and an analyzer 1214 disposed on the back and front surfaces of the liquid crystal display element 1302, respectively. The light distribution control device 100 of the present invention is provided on the front surface of the photon 1214.

 バックライト装置1301は、略平行な光を効率よく出射できるものであり、例えば、特表平9−505412号公報や、国際公開番号WO95/14255に記載の「電子光学ディスプレイ用のバックライト組み立て体」を用いることができる。 The backlight device 1301 is capable of efficiently emitting substantially parallel light, and is described in, for example, Japanese Patent Publication No. 9-505412 and International Publication No. WO95 / 14255, “Backlight assembly for electro-optical display”. ] Can be used.

 ここでは冷陰極管からなる光源1201と、透明なアクリル樹脂から構成される導光体1202と、光平行化手段1203から構成されるバックライト装置を用いた。 Here, a backlight device including a light source 1201 made of a cold cathode tube, a light guide 1202 made of a transparent acrylic resin, and a light collimating means 1203 was used.

 光平行化手段1203としては、公知の素子、例えば、図31に示した導光体1202に光学的に結合された4角錐状のマイクロテーパーロッド配列を用いることができる。この場合、導光体1202から導かれた光は、マイクロテーパーロッドの壁面で一回以上全反射し、略平行化されて出射する。 As the light collimating means 1203, a known element, for example, a quadrangular pyramid-shaped micro taper rod array optically coupled to the light guide 1202 shown in FIG. 31 can be used. In this case, the light guided from the light guide 1202 is totally reflected at least once on the wall surface of the micro-tapered rod, and is emitted after being made substantially parallel.

 光平行化手段1203としては、この他にマイクロプリズムシートや、マイクロレンズ配列を用いることができる。このような光平行化素子1203を有するバックライト装置を用いることで半値角で±10°以内の略平行化された照明光が得られる。 マ イ ク ロ Alternatively, as the light collimating means 1203, a micro prism sheet or a micro lens array can be used. By using a backlight device having such a light collimating element 1203, substantially collimated illumination light having a half-value angle of ± 10 ° or less can be obtained.

 液晶表示素子1302は、ITOから成る透明電極1212およびポリイミド系高分子からなる配向膜1211を有する第1の透明基板1210と、配向膜1207と、画素を形成する透明電極1206、および、これと接続される図示しない配線や薄膜トランジスタ等のスイッチング素子を有する第2の透明基板1205と、シール剤1208を介して接続された2枚の透明基板1212、1210の間に封入された誘電異方性が正のネマチック液晶からなる液晶層1209とを有する。 The liquid crystal display element 1302 includes a first transparent substrate 1210 having a transparent electrode 1212 made of ITO and an alignment film 1211 made of a polyimide polymer, an alignment film 1207, a transparent electrode 1206 forming a pixel, and a connection therewith. The dielectric anisotropy sealed between a second transparent substrate 1205 having a wiring and a switching element such as a thin film transistor (not shown) and two transparent substrates 1212 and 1210 connected via a sealant 1208 is positive. And a liquid crystal layer 1209 made of a nematic liquid crystal.

 液晶表示素子1302は、2枚の透明基板1205および1210に施された配向膜1207および1211に、ラビング処理を行うことで液晶層1209の液晶分子長軸が2枚の透明基板間で連続的に90°捻じれた、いわゆるTN液晶表示素子を構成している。 The liquid crystal display element 1302 performs rubbing treatment on the alignment films 1207 and 1211 applied to the two transparent substrates 1205 and 1210 so that the long axis of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 1209 is continuously provided between the two transparent substrates. It constitutes a so-called TN liquid crystal display element twisted by 90 °.

 上記液晶表示素子1302の光入射面と光出射面には、それぞれ偏光子1204および検光子1214が、互いに直交する直線偏光を透過するように配置される。偏光子1204および検光子1214としては、延伸したPVAにヨウ素を吸収させて偏光機能を付与した膜の両面にTAC保護層を施したものを用い、それぞれ透明基板1205および透明基板1210にアクリル系の接着剤で、光学的に結合されるよう接着される。 偏光 A polarizer 1204 and an analyzer 1214 are disposed on the light incident surface and the light exit surface of the liquid crystal display element 1302, respectively, so as to transmit linearly polarized light orthogonal to each other. As the polarizer 1204 and the analyzer 1214, those obtained by applying a TAC protective layer to both surfaces of a film obtained by absorbing iodine into stretched PVA and imparting a polarizing function are used, and an acrylic-based material is used for the transparent substrate 1205 and the transparent substrate 1210, respectively. An adhesive is used to bond optically.

 検光子1214の前面には、配光制御素子100が配置される。配光制御素子100としては、配光制御素子の実施例1で説明した素子を用いた。検光子1214との接着は、ここでは液晶表示素子の表示部を取り囲むようにパターニングされた接着剤1213により行なったが、配光制御素子100の透明ビーズと検光子1214との隙間を、その全面にわたって屈折率の低い透明な接着剤で埋めるように接着するか、これらの併用であってもよい。 光 The light distribution control element 100 is disposed in front of the analyzer 1214. As the light distribution control element 100, the element described in the first embodiment of the light distribution control element was used. Here, the bonding with the analyzer 1214 was performed by the adhesive 1213 patterned so as to surround the display section of the liquid crystal display element. However, the gap between the transparent beads of the light distribution control element 100 and the analyzer 1214 was formed. May be bonded so as to be filled with a transparent adhesive having a low refractive index, or a combination of these may be used.

 次に、上記直視型液晶表示装置の動作についてを説明する。バックライト装置1301からの出射光1215の内、偏光子1204を透過した直線偏光は、液晶パネル1302を透過して検光子1214に入射する。この際、液晶パネル1302を透過する光の偏光状態は、液晶層1209に印加される電界によって変化するため、液晶層1209に画像情報に対応した電界を印加することで、検光子1214を透過する光量を制御して画像を形成することができる。検光子1214を透過した画像光は配光制御素子100に入射する。 Next, the operation of the direct-view type liquid crystal display device will be described. Of the light 1215 emitted from the backlight device 1301, linearly polarized light transmitted through the polarizer 1204 is transmitted through the liquid crystal panel 1302 and is incident on the analyzer 1214. At this time, the polarization state of light transmitted through the liquid crystal panel 1302 changes depending on the electric field applied to the liquid crystal layer 1209, so that the electric field corresponding to the image information is applied to the liquid crystal layer 1209 to transmit the light through the analyzer 1214. An image can be formed by controlling the amount of light. The image light transmitted through the analyzer 1214 enters the light distribution control element 100.

 配光制御素子100に入射した光はその大部分が配光制御素子100の透明ビーズに入射し、その屈折作用により収束し、発散する。 Most of the light incident on the light distribution control element 100 is incident on the transparent beads of the light distribution control element 100, and converges and diverges due to the refraction.

 ここで、一般のTN液晶表示装置には視野角依存性があり、斜め方向から観察するとコントラスト比の低下、階調反転、色調変化が起こる。従って、良好な画質が得られるのは正面近傍の範囲に限られる。 Here, a general TN liquid crystal display device has a viewing angle dependency, and when observed from an oblique direction, a decrease in contrast ratio, gradation inversion, and color tone change occur. Therefore, good image quality can be obtained only in the vicinity of the front.

 また、配光制御素子100は上記のとおり、入射光の入射角度が大きくなると着色接着剤層での吸収により透過率が低くなる。このため液晶表示素子1302から出射する光の内、コントラスト比の低下や階調反転、色調変化が起こるような入射角度の大きな光は、着色接着剤層で大部分が吸収される。 {Circle around (4)} As described above, the transmittance of the light distribution control element 100 decreases as the incident angle of the incident light increases, due to absorption by the colored adhesive layer. Therefore, of the light emitted from the liquid crystal display element 1302, most of the light having a large incident angle that causes a decrease in contrast ratio, gradation inversion, and color tone change is absorbed by the colored adhesive layer.

 一方、良好な画質が得られる実質的に入射角度0°の正面近傍の光は透過し、等方的に拡散されるため、広い視野角範囲で色調変化や階調反転がなく、コントラスト比の高い画像が得られる。 On the other hand, light in the vicinity of the front at an incident angle of 0 °, at which good image quality is obtained, is transmitted and isotropically diffused, so that there is no color tone change or gradation inversion over a wide viewing angle range, and the contrast ratio is high. A high image is obtained.

 さらに、本液晶表示装置では、バックライト装置1301から液晶表示素子1302へ照射される光が略平行な光であるため、液晶表示素子1302において良好な画質が得られる角度範囲の光量割合が増すと、同時に配光制御素子100での光損失が低減して光の利用効率が高くなるので、高輝度、かつ、高コントラストな画像が得られる。また、配光制御素子100は外部不要光による迷光の低減効果が高いので、明るい環境下であっても低輝度な黒表示が実現され、コントラスト比の高い画像が得られる。 Further, in the present liquid crystal display device, since the light emitted from the backlight device 1301 to the liquid crystal display element 1302 is substantially parallel light, if the light amount ratio in the angle range where good image quality can be obtained in the liquid crystal display element 1302 increases. At the same time, the light loss in the light distribution control element 100 is reduced and the light use efficiency is increased, so that a high-brightness and high-contrast image can be obtained. Further, since the light distribution control element 100 has a high effect of reducing stray light due to unnecessary external light, a black display with low luminance is realized even in a bright environment, and an image with a high contrast ratio is obtained.

 上記構成の液晶表示装置を評価したところ、視野角±80°の範囲で色調変化や階調反転がなく、コントラスト比が100:1以上の等方的で広い視野角が得られた。 と こ ろ When the liquid crystal display device having the above configuration was evaluated, there was no color tone change or gradation inversion within a viewing angle range of ± 80 °, and an isotropic and wide viewing angle having a contrast ratio of 100: 1 or more was obtained.

 なお、通常、TN液晶表示装置では、コントラスト比の水平方向の対称性を確保するため偏光子および検光子の直線偏光の透過軸は、表示面水平方向に対して45°の角度を成すように配置するのが一般的である。 Normally, in the TN liquid crystal display device, the transmission axes of the linearly polarized light of the polarizer and the analyzer form an angle of 45 ° with respect to the horizontal direction of the display surface in order to ensure the horizontal symmetry of the contrast ratio. It is common to arrange.

 しかし、本発明の液晶表示装置では、良好な画質が得られる視野角0°近傍の画像光を等方的に拡散することで、広い視野角を得ているため、偏光子1204および検光子1214の直線偏光透過軸を、表示面水平方向に対して45°あるいは135°にしなくてもコントラスト比の対称性は保たれる。むしろ、本液晶表示装置を構成する配光制御素子の配光特性の偏光依存性から、検光子1214の直線偏光透過軸は、液晶表示素子1302の表示面の水平方向と略一致するように配置するべきである。 However, in the liquid crystal display device of the present invention, a wide viewing angle is obtained by isotropically diffusing image light near a viewing angle of 0 ° at which good image quality is obtained, and thus the polarizer 1204 and the analyzer 1214 are obtained. The symmetry of the contrast ratio can be maintained without setting the linearly polarized light transmission axis at 45 ° or 135 ° with respect to the horizontal direction of the display surface. Rather, due to the polarization dependence of the light distribution characteristics of the light distribution control element constituting the present liquid crystal display device, the linearly polarized light transmission axis of the analyzer 1214 is arranged so as to substantially coincide with the horizontal direction of the display surface of the liquid crystal display element 1302. Should be.

 つまり、図32の模式図で示すとおり、偏光子1204の直線偏光透過軸は、液晶表示装置の表示面に対して垂直方向に配置し、検光子1214の直線偏光透過軸は、液晶表示装置の表示面に対して水平方向に配置する。従って、液晶の配向方向もこれに習い、透明基板1205側の液晶の配向方向は、液晶表示装置表示面に対して垂直方向とし、透明基板1210側の液晶の配向方向は、液晶表示装置表示面に対して水平方向、もしくは、透明基板1205側の液晶の配向方向は液晶表示装置表示面に対して水平方向とし、透明基板1210側の液晶の配向方向は液晶表示装置表示面に対して垂直方向とする。 That is, as shown in the schematic diagram of FIG. 32, the linearly polarized light transmission axis of the polarizer 1204 is arranged in a direction perpendicular to the display surface of the liquid crystal display device, and the linearly polarized light transmission axis of the analyzer 1214 is aligned with the liquid crystal display device. Arrange horizontally with respect to the display surface. Therefore, the orientation direction of the liquid crystal is learned from this, and the orientation direction of the liquid crystal on the transparent substrate 1205 side is perpendicular to the display surface of the liquid crystal display device, and the orientation direction of the liquid crystal on the transparent substrate 1210 side is the orientation direction of the liquid crystal display device. Or the liquid crystal orientation direction on the transparent substrate 1205 side is horizontal to the liquid crystal display device display surface, and the liquid crystal orientation direction on the transparent substrate 1210 side is vertical to the liquid crystal display device display surface. And

 上記の様に構成することで、配光制御素子100に入射する光は表示面に対して、水平方向の振動方向を有する直線偏光となる。この場合、上記のとおり配光制御素子100の配光特性の偏光依存性により、表示面垂直方向よりも、水平方向の視野角が広く、左右対称な明るさの液晶表示素子を得ることができる。このことは、一般に表示装置では垂直方向よりも水平方向に、より広い視野角が求められているので、限られた光を観察者へ効率よく配分する上で非常に有効である。 構成 With the above configuration, light incident on the light distribution control element 100 becomes linearly polarized light having a horizontal vibration direction with respect to the display surface. In this case, as described above, due to the polarization dependence of the light distribution characteristics of the light distribution control element 100, a liquid crystal display element having a wider viewing angle in the horizontal direction than in the vertical direction on the display surface and symmetric brightness can be obtained. . This is very effective in efficiently distributing limited light to an observer because a display device generally requires a wider viewing angle in the horizontal direction than in the vertical direction.

 〔液晶表示装置の実施例2〕
 図33は、本発明の他の直視型液晶表示装置の模式断面図である。この液晶表示装置は、図31に示した液晶表示装置において、検光子1214と配光制御素子100との間に位相差板3100を配置したものである。
[Example 2 of liquid crystal display device]
FIG. 33 is a schematic sectional view of another direct-view type liquid crystal display device of the present invention. This liquid crystal display device is the same as the liquid crystal display device shown in FIG. 31, except that a retardation plate 3100 is arranged between the analyzer 1214 and the light distribution control element 100.

 上記のとおり、本液晶表示装置を構成する配光制御素子100は、入射光の偏光状態によって、その配光特性、つまり視野角が変えられる。位相差板3100はこの性質を利用して、検光子1214を透過した直線偏光を、所望の視野角を得られる偏光に変換する機能を有するものである。 と お り As described above, the light distribution control element 100 of the present liquid crystal display device has its light distribution characteristics, that is, the viewing angle, changed depending on the polarization state of the incident light. The retardation plate 3100 has a function of utilizing this property to convert linearly polarized light transmitted through the analyzer 1214 into polarized light having a desired viewing angle.

 例えば位相差板3100として1/4波長板を用いた場合、検光子1214を透過した直線偏光は、位相差板3100の作用により略円偏光となって配光制御素子100に入射し、水平方向、垂直方向共に、同程度の等方的で広い視野角が得られる。 For example, when a quarter-wave plate is used as the phase difference plate 3100, the linearly polarized light transmitted through the analyzer 1214 becomes substantially circularly polarized light by the action of the phase difference plate 3100, enters the light distribution control element 100, and is output in the horizontal direction. In both the vertical and vertical directions, the same isotropic and wide viewing angle can be obtained.

 また、一般のTN液晶表示装置の様にコントラスト比の左右対称性を得るため、検光子1214と偏光子1204の直線偏光の透過軸を水平方向に対して45°あるいは135°に配置し、位相差板3100として、例えば、1/2波長板をその遅相軸が検光子の透過軸に対して22.5°傾いた状態で配置して、配光制御素子100への入射光を、直線偏光の振動方向が表示面に対して水平方向となるように変換するようにしてもよい。 Further, in order to obtain the left-right symmetry of the contrast ratio as in a general TN liquid crystal display device, the transmission axes of the linearly polarized light of the analyzer 1214 and the polarizer 1204 are arranged at 45 ° or 135 ° with respect to the horizontal direction. As the retardation plate 3100, for example, a half-wave plate is disposed with its slow axis inclined at 22.5 ° with respect to the transmission axis of the analyzer, and the light incident on the light distribution control element 100 is linearly shifted. The polarization direction may be changed so that the oscillation direction of the polarization is horizontal to the display surface.

 この場合は、既存の液晶表示素子に位相差板3100と配光制御素子100を付加するだけで、表示面垂直方向よりも、水平方向の視野角が広く、左右対称な明るさの液晶表示素子を得ることができる。一般に、表示装置では垂直方向よりも水平方向により広い視野角が求められており、限られた光を観察者へ効率よく配分する上で非常に有効である。 In this case, a liquid crystal display element having a wider viewing angle in the horizontal direction than in the vertical direction of the display surface and a symmetric brightness is obtained by simply adding the retardation plate 3100 and the light distribution control element 100 to the existing liquid crystal display element. Can be obtained. In general, a display device is required to have a wider viewing angle in a horizontal direction than in a vertical direction, which is very effective in efficiently distributing limited light to a viewer.

 なお、位相差板3100の代わりに、捩じれ構造を有する高分子積層フィルムを配置しても同じ効果が得られる。このような高分子積層フィルムは例えば位相差d・Δn=275nmのPCフィルムの位相差フィルムを4枚積層することで実現され、4枚の位相差フィルムは液晶表示素子に近い方から、遅相軸が検光子の透過軸に対して5.6°、16.9°、28.1°、39.4°と配置すればよい。 The same effect can be obtained by disposing a polymer laminated film having a twisted structure instead of the retardation plate 3100. Such a polymer laminated film is realized by, for example, laminating four retardation films of a PC film having retardation d · Δn = 275 nm, and the four retardation films are retarded from the one closer to the liquid crystal display element. The axes may be arranged at 5.6 °, 16.9 °, 28.1 °, and 39.4 ° with respect to the transmission axis of the analyzer.

 なお、上記実施例では、図面を見易くするため、液晶表示素子としてモノクロ表示のTN液晶パネルの例を示したが、透明基板にマイクロカラーフィルタを施したフルカラー表示の液晶表示素子であってもよいことは云うまでもない。 In the above-described embodiment, an example of a TN liquid crystal panel for monochrome display has been described as a liquid crystal display element in order to make the drawings easy to see, but a liquid crystal display element for full color display in which a transparent substrate is provided with a micro color filter may be used. Needless to say.

 また、表示モードもTNモードに限らず、VAモードや、ECBモード、OCBモード、STNモード等の液晶パネルを用いてもよい。さらに駆動方法も薄膜トランジスタなどのスイッチング素子を付けたアクティブマトリクス駆動以外に、ダイレクトマトリクス駆動であってもよい。 The display mode is not limited to the TN mode, and a liquid crystal panel of a VA mode, an ECB mode, an OCB mode, an STN mode, or the like may be used. Further, the driving method may be direct matrix driving other than active matrix driving provided with a switching element such as a thin film transistor.

本発明の配光制御素子の模式断面図である。It is a schematic cross section of a light distribution control element of the present invention. 本発明の配光制御素子の模式斜視図である。It is a schematic perspective view of the light distribution control element of this invention. 本発明の配光制御素子の製法の一例を説明する模式断面図である。It is a schematic cross section explaining an example of the manufacturing method of the light distribution control element of the present invention. 従来の配光制御素子の偏光入射時の光出射(配光)特性を示す等輝度線図である。FIG. 7 is an isoluminance diagram showing light emission (light distribution) characteristics of a conventional light distribution control element when polarized light is incident. 等輝度線図の座標系の説明図である。It is explanatory drawing of the coordinate system of an isoluminance diagram. 屈折率楕円体の円形接断面の説明図である。It is explanatory drawing of the circular tangent cross section of a refractive index ellipsoid. ポリエチレンテレフタレートフィルムの光学軸の説明図である。It is an explanatory view of an optical axis of a polyethylene terephthalate film. ポリエチレンテレフタレートフィルムの光入射角度とエネルギー透過率の関係を示すグラフである。4 is a graph showing a relationship between a light incident angle and an energy transmittance of a polyethylene terephthalate film. 本発明の配光制御素子の直線偏光入射時の光出射特性を示す等輝度線図である。FIG. 4 is an isoluminance diagram showing light emission characteristics of the light distribution control element of the present invention when linearly polarized light is incident. 本発明の配光制御素子の直線偏光入射時の光出射(配光)特性を示すグラフである。5 is a graph showing light emission (light distribution) characteristics of the light distribution control element of the present invention when linearly polarized light is incident. 本発明の背面投射型表示装置の模式断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view of a rear projection display device of the present invention. 本発明の背面投射型表示装置に係る投射装置の模式断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view of a projection device according to a rear projection display device of the present invention. 本発明の背面投射型表示装置に係る投射装置の2次元光学スイッチの模式断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a two-dimensional optical switch of the projection device according to the rear projection display device of the present invention. 本発明の背面投射型表示装置に係る透過型スクリーンの模式断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a transmission screen according to a rear projection display device of the present invention. 本発明の配光制御素子の透過率の光入射角依存性説明のための模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram for describing the dependence of the transmittance of the light distribution control element of the present invention on the light incident angle. 本発明の配光制御素子の透過率と光入射角度の関係の一例を示すグラフである。5 is a graph showing an example of the relationship between the transmittance and the light incident angle of the light distribution control element of the present invention. 本発明の背面投射型表示装置に係る投射装置に用いる偏光状態揃え手段の模式断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a polarization state aligning unit used in the projection device according to the rear projection display device of the present invention. 本発明の背面投射型表示装置に係る投射装置に用いる偏光状態揃え手段の動作説明のための模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the operation of a polarization state alignment unit used in the projection device according to the rear projection display device of the present invention. 本発明の背面投射型表示装置に係る投射装置の模式断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view of a projection device according to a rear projection display device of the present invention. 本発明の背面投射型表示装置に係る投射装置に用いる偏光状態変換素子の模式断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a polarization state conversion element used for a projection device according to the rear projection display device of the present invention. 本発明の背面投射型表示装置に係る投射装置に用いる偏光状態変換素子の動作説明のための模式図である。It is a schematic diagram for explaining the operation of the polarization state conversion element used in the projection device according to the rear projection type display device of the present invention. 本発明の背面投射型表示装置に係る投射装置に用いる偏光状態変換素子の動作説明のための模式図である。It is a schematic diagram for explaining the operation of the polarization state conversion element used in the projection device according to the rear projection type display device of the present invention. 本発明の背面投射型表示装置に係る投射装置に用いる偏光状態変換素子の動作説明のための模式図である。It is a schematic diagram for explaining the operation of the polarization state conversion element used in the projection device according to the rear projection type display device of the present invention. 本発明の背面投射型表示装置に係る投射装置に用いる偏光状態変換素子の動作説明のための模式図である。It is a schematic diagram for explaining the operation of the polarization state conversion element used in the projection device according to the rear projection type display device of the present invention. 本発明の背面投射型表示装置に係る投射装置のポリマ分散型液晶表示素子の模式断面図である。FIG. 2 is a schematic sectional view of a polymer dispersion type liquid crystal display element of the projection device according to the rear projection type display device of the present invention. ポリマ分散型液晶表示素子の動作説明のための模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the operation of the polymer dispersion type liquid crystal display element. ポリマ分散型液晶表示素子により表示を行なう光学系説明のための模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram for explaining an optical system for performing display by a polymer dispersion type liquid crystal display element. ポリマ分散型液晶表示素子により表示を行なう光学系説明のための模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram for explaining an optical system for performing display by a polymer dispersion type liquid crystal display element. 本発明の背面投射型表示装置に係る投射装置の模式断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view of a projection device according to a rear projection display device of the present invention. 本発明の背面投射型表示装置に係る投射装置の模式断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view of a projection device according to a rear projection display device of the present invention. 本発明の液晶表示装置の模式断面図である。It is a schematic cross section of the liquid crystal display of the present invention. 本発明の液晶表示装置の偏光子と検光子の直線偏光透過軸の説明のための模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a linearly polarized light transmission axis of a polarizer and an analyzer of the liquid crystal display device of the present invention. 本発明の液晶表示装置の模式断面図である。It is a schematic cross section of the liquid crystal display of the present invention. 本発明の配光制御素子の模式斜視図である。It is a schematic perspective view of the light distribution control element of this invention. 本発明の配光制御素子の模式斜視図である。It is a schematic perspective view of the light distribution control element of this invention. レンチキュラーレンズシートの一例を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows an example of a lenticular lens sheet. レンチキュラーレンズシートの一例を示す模式斜視図である。It is a schematic perspective view which shows an example of a lenticular lens sheet. 従来の透過型スクリーンの一例を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows an example of the conventional transmission screen. 従来の透過型スクリーンの斜視図である。It is a perspective view of the conventional transmission screen. 本発明の背面投射型表示装置の模式斜視図である。FIG. 1 is a schematic perspective view of a rear projection display device of the present invention. 本発明の背面投射型表示装置の観察者感知部が感知する区分された領域を例示する説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a divided area sensed by an observer sensing unit of the rear projection display device of the present invention. 本発明の背面投射型表示装置の観察者感知部が感知する区分された領域を例示する説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a divided area sensed by an observer sensing unit of the rear projection display device of the present invention. 本発明の背面投射型表示装置の効果説明のための図である。It is a figure for explaining an effect of a rear projection type display of the present invention. 本発明の背面投射型表示装置の効果説明のための図である。It is a figure for explaining an effect of a rear projection type display of the present invention.

符号の説明Explanation of reference numerals

 100…配光制御素子、101…透明基材、102…透明接着剤層、103…着色接着剤層、104…接着剤層、105…透明ビーズ、106…入射光、107…(外部)不要光、701…投射装置、702…ミラー、703…透過型スクリーン、704…投射光、801…光源、802,803…ダイクロイックミラー、804,805,806…全反射ミラー、807,808,809…液晶表示素子、811…色合成クロスダイクロイックプリズム、812,813,814…偏光状態揃え手段、815…偏光状態変換素子、901,902…透明ガラス基板、903,904…透明電極、905,906…配向膜、907…液晶層、908…シール剤、909…偏光子、910…検光子、801f…フレネルレンズ、3401…微小透明ロッド、1001,1002…透明基板、1301…バックライト装置、1302…液晶表示素子、1003,1004…配向膜、1005…シール剤、1006…液晶層、911,912,1007,1008…液晶配向方向、1201…光源、1202…導光体、1203…光平行化手段、1204…偏光子、1214…検光子、1215…出射光、2501,2502…透明ガラス基板、2503,2504…透明電極、2505…ポリマ分散液晶層、2506…液晶滴、2507…ポリマ、2801…光源、2701…レンズ、2500…ポリマ分散型液晶素子、2803,2817…絞り、2813,2814,2815…ポリマ分散型液晶素子、2819…投射レンズ、3501…透明基材、3502…微小レンズ、3503…光吸収層、3100…位相差板、4001…背面投射型表示装置、4002…観察者感知部、4100…観察者、3000…擬似デポラライザー。 Reference Signs List 100 light distribution control element, 101 transparent substrate, 102 transparent adhesive layer, 103 colored adhesive layer, 104 adhesive layer, 105 transparent beads, 106 incident light, 107 unnecessary (external) light 701: Projection device, 702: Mirror, 703: Transmission screen, 704: Projection light, 801: Light source, 802, 803: Dichroic mirror, 804, 805, 806: Total reflection mirror, 807, 808, 809: Liquid crystal display Element, 811: color synthesizing cross dichroic prism, 812, 813, 814: polarization state alignment means, 815: polarization state conversion element, 901, 902: transparent glass substrate, 903, 904: transparent electrode, 905, 906: alignment film, 907: liquid crystal layer, 908: sealant, 909: polarizer, 910: analyzer, 801f: Fresnel lens, 3401: fine Transparent rod, 1001, 1002 transparent substrate, 1301 backlight device, 1302 liquid crystal display element, 1003, 1004 alignment film, 1005 sealant, 1006 liquid crystal layer, 911, 912, 1007, 1008 liquid crystal alignment direction , 1201 ... light source, 1202 ... light guide, 1203 ... light collimating means, 1204 ... polarizer, 1214 ... analyzer, 1215 ... outgoing light, 2501,250 ... transparent glass substrate, 2503,2504 ... transparent electrode, 2505 ... Polymer dispersed liquid crystal layer, 2506: liquid crystal droplet, 2507: polymer, 2801: light source, 2701: lens, 2500: polymer dispersed liquid crystal element, 2803, 2817 ... stop, 2813, 2814, 2815: polymer dispersed liquid crystal element, 2819 ... Projection lens, 3501 ... Transparent substrate, 3502 ... Micro lens, 35 3 ... light absorption layer, 3100 ... retardation plate, 4001 ... rear projection display, 4002 ... observer sensing unit, 4100 ... observer, 3000 ... pseudo depolarizer.

Claims (6)

光学画像を投射する投射装置と、透過型スクリーンとを有する投射型表示装置において、
 前記投射装置が光源と、該光源からの光を画像情報に応じて光学画像に変調する複数の2次元光学スイッチ素子と、前記光学画像を前記透過型スクリーンに投射する投射レンズとを有し、
 前記2次元光学スイッチ素子は偏光を利用して光学画像を形成する2次元光学スイッチ素子であり、
 前記光学画像の光は透過型スクリーンに入射する際、その偏光状態が可視波長域において略一致していることを特徴とする投射型表示装置。
In a projection display device having a projection device that projects an optical image and a transmission screen,
The projection device has a light source, a plurality of two-dimensional optical switch elements that modulate light from the light source into an optical image according to image information, and a projection lens that projects the optical image onto the transmission screen,
The two-dimensional optical switch element is a two-dimensional optical switch element that forms an optical image using polarized light,
When the light of the optical image is incident on a transmission screen, the polarization state thereof is substantially matched in a visible wavelength range.
光学画像を投射する投射装置と、透過型スクリーンとを有する投射型表示装置において、
 前記投射装置が光源と、該光源からの光を画像情報に応じて光学画像に変調する複数の2次元光学スイッチ素子と、前記光学画像を前記透過型スクリーンに投射する投射レンズとを有し、
 前記2次元光学スイッチ素子は偏光を利用して光学画像形成する2次元光学スイッチ素子であり、
 前記2次元光学スイッチ素子と前記透過型スクリーンとの間に前記光学画像光の偏光状態を略一致させる偏光状態揃え手段を有することを特徴とする投射型表示装置。
In a projection display device having a projection device that projects an optical image and a transmission screen,
The projection device has a light source, a plurality of two-dimensional optical switch elements that modulate light from the light source into an optical image according to image information, and a projection lens that projects the optical image onto the transmission screen,
The two-dimensional optical switch element is a two-dimensional optical switch element that forms an optical image using polarized light,
A projection-type display device, comprising: a polarization state aligning unit that approximately matches the polarization state of the optical image light between the two-dimensional optical switch element and the transmission screen.
前記偏光状態揃え手段が前記2次元光学スイッチ素子の光出射側に配置するウエーブガイドの条件を満たす液晶層を有する光学素子である請求項2に記載の投射型表示装置。 3. The projection display device according to claim 2, wherein the polarization state aligning means is an optical element having a liquid crystal layer that satisfies a condition of a waveguide arranged on a light emission side of the two-dimensional optical switch element. 前記偏光状態揃え手段が前記2次元光学スイッチ素子の光出射側に配置する1/2波長板、または、高分子フィルムの積層体である請求項2に記載の投射型表示装置。 3. The projection display device according to claim 2, wherein the polarization state aligning means is a half-wave plate or a laminate of a polymer film disposed on the light emission side of the two-dimensional optical switch element. 前記2次元光学スイッチ素子が液晶表示素子と検光子とを有し、
 前記検光子の直線偏光の透過軸が表示面に対して互いに略一致している請求項1に記載の投射型表示装置。
The two-dimensional optical switch element has a liquid crystal display element and an analyzer,
2. The projection display device according to claim 1, wherein transmission axes of linearly polarized light of the analyzer substantially coincide with each other with respect to a display surface.
前記検光子の直線偏光の透過軸が表示面に対して水平方向、あるいは、垂直方向である請求項5に記載の投射型表示装置。
The projection display device according to claim 5, wherein a transmission axis of the linearly polarized light of the analyzer is in a horizontal direction or a vertical direction with respect to a display surface.
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