JP2005114869A - Display device - Google Patents

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image
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Masao Ozeki
正雄 尾関
Yuji Nozu
裕二 野津
Satoshi Ihara
聡 渭原
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Kyocera Display Corp
AGC Inc
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Asahi Glass Co Ltd
Kyocera Display Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a display having a depth feel and imparting an impression that an image stands out in a space by displaying the image in a transparent body. <P>SOLUTION: An optical device is formed by laminating ten or more thin optical elements with interposing transparent resin, each optical element is individually driven by a driving circuit, image light is projected from an image projector which is separately arranged, and the light transmission state and light diffusion state of the optical element are controlled, then, a display device for performing a stereoscopic display is attained. The tensile elastic modulus of the transparent resin is ≤120MPa. Also, the image is displayed so that display elements constituting the display come and go between a plurality of optical elements. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、画像光を投射することによって表示を行う表示装置に関する。   The present invention relates to a display device that performs display by projecting image light.

現在、CRT、PDP、液晶表示装置(LCD)は表示装置として広く用いられている。TVの表示装置、パソコンの表示装置、あるいは工業用途・民生用途の表示端末等に用いられている。   At present, CRT, PDP, and liquid crystal display (LCD) are widely used as display devices. It is used in TV display devices, personal computer display devices, display terminals for industrial use and consumer use, and the like.

しかし、表示装置の表示部自体は透明ではない。非使用時は勿論、使用時においても、使用者にとって、表示装置の存在自体が目障りになる場合がある。また、使用者に圧迫感を与えることもある。このため、使用者に開放感を与える表示装置が望まれている。さらに、表示部の背景側を見ることができる表示装置も望まれている。表示部の薄型化やフラット化の要望も非常に強く、表示装置として性能向上のための研究が行われている。   However, the display unit itself of the display device is not transparent. The presence of the display device itself may be annoying for the user when not in use and at the time of use. It may also give the user a feeling of pressure. For this reason, a display device that gives the user a feeling of opening is desired. Furthermore, a display device that can see the background side of the display unit is also desired. There is a strong demand for thinning and flattening the display portion, and research for improving the performance of the display device is being conducted.

たとえば、自動車用のヘッドアップディスプレイがある(従来例1)。これは、フロントガラスに配置されたハーフミラーまたはホログラムに画像投射器から画像光を投射し、その画像光を反射させるものである。使用者に対して、あたかも画像がフロントガラス上に存在するかのように見せることができる。この方法においては、ハーフミラーまたはホログラムが完全な透明ではなく、非表示の際に、表示部の存在が目視されやすく目障りである。   For example, there is a head-up display for automobiles (conventional example 1). In this method, image light is projected from an image projector onto a half mirror or hologram arranged on the windshield, and the image light is reflected. It can be shown to the user as if the image is on the windshield. In this method, the half mirror or the hologram is not completely transparent, and the presence of the display unit is easily observed when not displayed.

また、ホログラム光学素子を用いたディスプレイシステムがある(従来例2)。ショーウインドウなどの店頭を演出するために用いられている。その構成は、プロジェクタから特定角度でホログラム光学素子に光を入射させる。その光を、ホログラム光学素子が散乱することにより画像を表示する。この方法では、特定角度以外から入射される光に対しては光を散乱しないので、高コントラスト表示を実現できる。しかし、散乱特性に角度依存性があるため視野角が狭く、斜めから見た場合には画像を見ることができない。   There is also a display system using a hologram optical element (conventional example 2). It is used to produce storefronts such as show windows. In this configuration, light is incident on the hologram optical element from the projector at a specific angle. The hologram optical element scatters the light to display an image. In this method, since light is not scattered with respect to light incident from other than a specific angle, high contrast display can be realized. However, since the scattering characteristics are angle-dependent, the viewing angle is narrow, and an image cannot be seen when viewed from an oblique direction.

また、特許文献1には、透明体として一枚の光学素子を使用する画像表示装置が示されている(従来例3)。その光学素子の光線透過状態と光線散乱状態とを、切り替えることによって、画像を表示する。この従来例3では、光学素子に画像を表示している間は光学素子が不透明であり、背景の中に画像が存在する状態を実現することはできない。   Patent Document 1 discloses an image display device that uses a single optical element as a transparent body (Conventional Example 3). An image is displayed by switching between the light transmission state and the light scattering state of the optical element. In Conventional Example 3, the optical element is opaque while an image is displayed on the optical element, and a state where the image exists in the background cannot be realized.

これに対し、特許文献2には、背景の中に画像が存在する状態を実現する技術が示されている(従来例4)。この従来例4では、画像のある部分のみ散乱させて光学素子として利用する。しかし、画像が視認される状態では、その画像の背後にある背景を見ることはできない。   On the other hand, Patent Document 2 discloses a technique for realizing a state in which an image exists in the background (Conventional Example 4). In this conventional example 4, only a certain part of the image is scattered and used as an optical element. However, when the image is viewed, the background behind the image cannot be seen.

また、特許文献3には、複数の光学素子を用いることが示されている(従来例5)。この従来例5では、背景を観察者が見ることができるようにする機器の構成については全く示されていない。   Patent Document 3 discloses the use of a plurality of optical elements (conventional example 5). In this conventional example 5, the configuration of the device that allows the observer to see the background is not shown at all.

さらに、特許文献4には、複数の液晶セルからなる光学素子に立体画像を描く方法が示されている(従来例6)。この従来例6においても、背景を観察者が見ることができるようにする構成は全く示されていない。   Furthermore, Patent Document 4 discloses a method of drawing a stereoscopic image on an optical element composed of a plurality of liquid crystal cells (Conventional Example 6). Also in this prior art example 6, the structure which enables an observer to see a background is not shown at all.

実開平04−114088号公報(要約、第1図)Japanese Utility Model Publication No. 04-114088 (Summary, Fig. 1)

特開平05−191726号公報(段落番号0010、第1図)JP 05-191726 A (paragraph number 0010, FIG. 1)

特開平05−307185号公報(段落番号0020、0021、第4図、第5図)Japanese Patent Laid-Open No. 05-307185 (paragraph numbers 0020 and 0021, FIGS. 4 and 5)

特開2002−139700号公報(段落番号0019〜0021、第1図、第2図)Japanese Patent Laid-Open No. 2002-139700 (paragraph numbers 0019 to 0021, FIGS. 1 and 2)

本発明は、透明体に画像を表示させ、かつ奥行き感のある画像を表示することができる表示装置を得ようとする。   The present invention seeks to obtain a display device capable of displaying an image on a transparent body and displaying an image with a sense of depth.

また、空間に画像が浮いているような印象を与える表示を実現できる新技術を提供しようとする。   In addition, it is intended to provide a new technology capable of realizing a display that gives an impression that an image is floating in a space.

すなわち、本発明の態様1は、一対の電極付き基板間に電気光学変調層が挟持されてなる光学素子と、光学素子を駆動する駆動回路とが設けられ、電気光学変調層は駆動回路からの信号によって、光線透過状態と光線散乱状態を含む2以上の光学状態を転移することができる表示装置であって、複数の光学素子が配置され、隣り合う光学素子の外面間に透明性物質が設けられ、それぞれの光学素子の光学状態が駆動回路によって制御され、最前面に位置する光学素子の外表面から最背面に位置する光学素子の外表面に至る光線の透過率が30%以上とされ、さらに画像投射器が設けられ、画像投射器から最背面の光学素子の外表面に向けて画像光が投射され、最前面の光学素子の外表面側から表示を視認することを特徴とする表示装置を提供する。   That is, according to the first aspect of the present invention, an optical element in which an electro-optic modulation layer is sandwiched between a pair of substrates with electrodes and a drive circuit that drives the optical element are provided. A display device capable of transferring two or more optical states including a light transmission state and a light scattering state according to a signal, wherein a plurality of optical elements are arranged, and a transparent substance is provided between outer surfaces of adjacent optical elements. The optical state of each optical element is controlled by a drive circuit, and the transmittance of light rays from the outer surface of the optical element located on the foremost surface to the outer surface of the optical element located on the rearmost surface is 30% or more, Furthermore, an image projector is provided, image light is projected from the image projector toward the outer surface of the optical element on the back surface, and the display is visually recognized from the outer surface side of the optical element on the front surface. Provide That.

態様2は、光学素子が10枚以上である態様1に記載の表示装置を提供する。   Aspect 2 provides the display device according to aspect 1, wherein the number of optical elements is ten or more.

態様3は、透明性物質の引っ張り弾性率が120MPa以下である態様1または2に記載の表示装置を提供する。   Aspect 3 provides the display device according to aspect 1 or 2, wherein the tensile modulus of the transparent material is 120 MPa or less.

態様4は、表示を構成する少なくとも一つの表示要素が、複数の光学素子の間を行き来するように表示が行われてなる態様1、2または3に記載の表示装置を提供する。   Aspect 4 provides the display device according to aspects 1, 2 or 3, wherein the display is performed such that at least one display element constituting the display goes back and forth between the plurality of optical elements.

態様5は、表示要素が画面内を移動する表示が行われてなる態様4に記載の表示装置を提供する。   Aspect 5 provides the display device according to aspect 4, wherein display is performed in which the display element moves within the screen.

態様6は、透明物質の屈折率と基板を構成する材料の屈折率との差が0.15以内である態様1、2、3、4または5に記載の表示装置を提供する。   Aspect 6 provides the display device according to aspects 1, 2, 3, 4 or 5, wherein the difference between the refractive index of the transparent substance and the refractive index of the material constituting the substrate is within 0.15.

態様7は、表示要素が生物をあらわすものである態様1、2、3、4、5または6に記載の表示装置を提供する。   Aspect 7 provides the display device according to aspects 1, 2, 3, 4, 5 or 6, wherein the display element represents a living thing.

態様8は、隣り合って配置された二つの光学素子の面間距離が0.4〜200mmであり、前記二つの光学素子に投射される画像の輝度を、互いに異なるようにした態様1〜7のいずれかに記載の表示装置を提供する。   Aspect 8 is an aspect in which the distance between two optical elements arranged adjacent to each other is 0.4 to 200 mm, and the brightness of an image projected on the two optical elements is made different from each other. A display device according to any one of the above is provided.

態様9は、液晶層の液晶と硬化樹脂とが、光重合硬化法によって形成されてなる態様1〜8のいずれかに記載の表示装置である。   Aspect 9 is the display device according to any one of aspects 1 to 8, wherein the liquid crystal of the liquid crystal layer and the cured resin are formed by a photopolymerization curing method.

態様10は、表示装置の周辺部の主要部が透明である、態様1〜9のいずれかに記載の表示装置である。   Aspect 10 is the display device according to any one of aspects 1 to 9, wherein the main part of the peripheral portion of the display device is transparent.

態様11は、表示装置の厚みが5cm以上である、態様1〜10のいずれかに記載の表示装置である。   Aspect 11 is the display device according to any one of aspects 1 to 10, wherein the thickness of the display device is 5 cm or more.

態様12は、外部回路との接続部以外が透明である、態様1〜11のいずれかに記載の表示装置である。   Aspect 12 is the display device according to any one of aspects 1 to 11, which is transparent except for a connection portion with an external circuit.

態様13は、電圧無印加時の透過率が80%以上である態様1〜12のいずれかに記載の表示装置を提供する。   Aspect 13 provides the display device according to any one of aspects 1 to 12, wherein the transmittance when no voltage is applied is 80% or more.

本発明によれば、使用しないときは透明で、その存在自体が目障りになったり、圧迫感を与えることが少なく、開放感があり、透明感のある表示を行うことができる。   According to the present invention, when not in use, it is transparent, its presence itself is less obtrusive and does not give a feeling of pressure, has a feeling of openness, and can provide a transparent display.

また、あたかも空間に透明な画像が浮いているような印象を与える画像を実現することができる。   In addition, it is possible to realize an image that gives the impression that a transparent image is floating in the space.

以下に、本発明の実施の形態を図、実施例等を使用して説明する。なお、これらの図,実施例等および説明は本発明を例示するものであり、本発明の範囲を制限するものではない。本発明の趣旨に合致する限り他の実施の形態も本発明に属し得ることは言うまでもない。図中、同一の要素については同一の符号を付した。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings, examples and the like. In addition, these figures, Examples, etc. and description illustrate the present invention, and do not limit the scope of the present invention. It goes without saying that other embodiments may belong to the present invention as long as they match the gist of the present invention. In the figure, the same reference numerals are assigned to the same elements.

本発明に用いる光学素子は、液晶層が光線透過状態と光線散乱状態とを繰り返しとることができるようになしたものである。なお、光線透過状態と光線散乱状態とは、可視光に対し適用される状態である。光線透過状態としては、光学素子で画像を見ていない場合には光学素子が透明で開放感を与え、光学素子に投射された画像を見ている場合には、光学素子の背景側を見ることができる透明感を与えるように、光線透過率が高い方が好ましい。   The optical element used in the present invention is one in which the liquid crystal layer can repeatedly take a light transmission state and a light scattering state. The light transmission state and the light scattering state are states applied to visible light. As for the light transmission state, when the image is not viewed with the optical element, the optical element is transparent and gives a sense of openness. When viewing the image projected onto the optical element, look at the background side of the optical element. It is preferable that the light transmittance is high so as to give a transparent feeling.

しかし、上記開放感や透明感の要求程度に応じて適宜選択することができる。また、光線散乱状態としては、特に制限はないが、画像を光学素子に投影している場合に、光学素子の裏側、すなわち光学素子の画像投影側に対して裏側、からその画像を観察するためには、前方散乱の割合が高い方が好ましく、光学素子の画像投影側からその画像を観察するためには、後方散乱の割合が高い方が好ましい。   However, it can be appropriately selected according to the required degree of openness or transparency. The light scattering state is not particularly limited, but when the image is projected onto the optical element, the image is observed from the back side of the optical element, that is, the back side relative to the image projection side of the optical element. Therefore, a higher forward scattering ratio is preferable, and a higher back scattering ratio is preferable for observing the image from the image projection side of the optical element.

この光線透過状態と光線散乱状態との切り替えは、光学素子が、液晶層と、液晶層を挟持する透明な一対の電極付き基板とを備え、たとえば、透明電極間に電圧を印加した時には液晶層が光線散乱状態をとり、透明電極間の電圧印加を停止した時には液晶層が光線透過状態をとるようになすことによって実現することができる。   The switching between the light transmission state and the light scattering state is performed by the optical element including a liquid crystal layer and a transparent pair of substrates with electrodes sandwiching the liquid crystal layer. For example, when a voltage is applied between the transparent electrodes, the liquid crystal layer Can be realized by taking a light scattering state and allowing the liquid crystal layer to take a light transmitting state when voltage application between the transparent electrodes is stopped.

液晶層としては液晶と硬化樹脂とよりなる複合体を使用することができる。液晶と硬化樹脂とよりなる液晶層は、透明な一対の電極付き基板に液晶と硬化性化合物とを含有する組成物を挟持し、熱や紫外線、電子線などの手段を用いてこの硬化性化合物を硬化させて、液晶/硬化樹脂複合体層として形成できる。またあるいは、液晶層の液晶と硬化樹脂とは、例えば、光重合硬化法によって形成される。   As the liquid crystal layer, a composite made of a liquid crystal and a cured resin can be used. A liquid crystal layer comprising a liquid crystal and a curable resin is obtained by sandwiching a composition containing a liquid crystal and a curable compound between a pair of transparent substrates with electrodes, and using such means as heat, ultraviolet rays, and electron beams. Can be cured to form a liquid crystal / cured resin composite layer. Alternatively, the liquid crystal and the cured resin of the liquid crystal layer are formed by, for example, a photopolymerization curing method.

本発明に係る硬化樹脂としては、透明性を持ち、本発明の趣旨に反しない限り、公知のどのようなものでもよいが、電圧を印加した場合に実質的に液晶のみが応答するように液晶と硬化樹脂とが分離した構造を持つことが、高速応答性を有する液晶層を実現する上で好ましい。   The curable resin according to the present invention may be any known resin as long as it has transparency and does not contradict the spirit of the present invention, but the liquid crystal is such that only the liquid crystal responds substantially when a voltage is applied. In order to realize a liquid crystal layer having high-speed response, it is preferable that the resin and the cured resin have a separated structure.

このような構造を持つ硬化樹脂を形成するための硬化性化合物としては、液晶に溶解可能な硬化性化合物を選択することで、未硬化時の混合物の配向状態を制御可能となり、硬化樹脂を硬化する際に高い透明性を保持することが可能となる。なお、本発明において、画像には文字情報も含まれることはいうまでもない。さらに、時間的に表示内容が変更される画像、コマ飛ばしのような動画、通常の動画等が含まれる。   As a curable compound for forming a curable resin having such a structure, by selecting a curable compound that can be dissolved in liquid crystal, it becomes possible to control the alignment state of the mixture when uncured, and the curable resin is cured. When this is done, it becomes possible to maintain high transparency. In the present invention, it goes without saying that the image includes character information. Furthermore, an image whose display content is changed with time, a moving image such as skipping frames, a normal moving image, and the like are included.

さらに、基板が液晶層と接触する側には液晶分子のプレチルト角が、基板表面に対して60度以上であるようにする処理が施されていると配向欠陥を少なくすることができ、透明性が向上するため好ましい。この際、ラビング処理はされていてもされていなくてもよい。プレチルト角は70度以上であることがより好ましい。なお、このプレチルト角は、基板表面に垂直の方向を90度として規定したものである。   Further, if the substrate is in contact with the liquid crystal layer and the pretilt angle of the liquid crystal molecules is set to 60 ° or more with respect to the substrate surface, alignment defects can be reduced, and transparency Is preferable. At this time, the rubbing process may or may not be performed. The pretilt angle is more preferably 70 degrees or more. The pretilt angle is defined as 90 degrees in the direction perpendicular to the substrate surface.

硬化性化合物としては、式1の化合物や式2の化合物を例示できる。   Examples of the curable compound include the compound of formula 1 and the compound of formula 2.

1−O−(R1m−O−Z−O−(R2nO−A2 ・・・ (1)
3−(OR3o−O−Z’−O−(R4O)p−A4 ・・・ (2)
A 1 —O— (R 1 ) m —O—Z—O— (R 2 ) n O—A 2 (1)
A 3 - (OR 3) o -O-Z'-O- (R 4 O) p -A 4 ··· (2)

ここで、A1,A2,A3,A4は、それぞれ独立に、アクリロイル基、メタクリロイル基、グリシジル基またはアリル基であり、R1,R2,R3,R4は、それぞれ独立に、炭素数2〜6のアルキレン基であり、Z,Z’は、それぞれ独立に、2価のメソゲン構造部であり、m,n,o,pは、それぞれ独立に、1〜10の整数である。 Here, A 1 , A 2 , A 3 and A 4 are each independently an acryloyl group, a methacryloyl group, a glycidyl group or an allyl group, and R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently , An alkylene group having 2 to 6 carbon atoms, Z and Z ′ are each independently a divalent mesogen structure part, and m, n, o, and p are each independently an integer of 1 to 10. is there.

式1,式2のメソゲン構造部Z,Z’と硬化部位A1,A2,A3,A4との間に、R1,R2,R3,R4を含む分子運動性の高いオキシアルキレン構造を導入することで、硬化に際して、硬化過程における硬化部位の分子運動性を向上でき、短時間で十分な硬化が可能となる。 High molecular mobility including R 1 , R 2 , R 3 , R 4 between the mesogenic structures Z, Z ′ of Formula 1 and Formula 2 and the cured sites A 1 , A 2 , A 3 , A 4 By introducing an oxyalkylene structure, the molecular mobility of the cured site in the curing process can be improved during curing, and sufficient curing can be achieved in a short time.

式1,式2の硬化部位A1,A2,A3,A4としては、光硬化や熱硬化が可能な上記の官能基であればいずれでもよいが、なかでも、硬化時の温度を制御できることから光硬化に適するアクリロイル基、メタクリロイル基が好ましい。 The curing sites A 1 , A 2 , A 3 , and A 4 in Formulas 1 and 2 may be any of the functional groups that can be photocured or thermally cured. An acryloyl group and a methacryloyl group suitable for photocuring are preferable because they can be controlled.

式1,式2のR1,R2,R3およびR4の炭素数については、その分子運動性の観点から1〜6が好ましく、炭素数2のエチレン基および炭素数3のプロピレン基がさらに好ましい。 The number of carbon atoms of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 in formulas 1 and 2 is preferably 1 to 6 from the viewpoint of molecular mobility, and an ethylene group having 2 carbon atoms and a propylene group having 3 carbon atoms Further preferred.

式1,式2のメソゲン構造部Z,Z’としては、1,4−フェニレン基の連結したポリフェニレン基を例示できる。この1,4−フェニレン基の一部または全部を1,4−シクロへキシレン基で置換したものであってもよい。また、これら1,4−フェニレン基や置換した1,4−シクロへキシレン基の水素原子の一部または全部が、炭素数1〜2のアルキル基、ハロゲン原子、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基などの置換基で置換されていてもよい。   Examples of the mesogen structure parts Z and Z ′ in the formulas 1 and 2 include polyphenylene groups in which 1,4-phenylene groups are linked. The 1,4-phenylene group may be partially or wholly substituted with 1,4-cyclohexylene group. In addition, some or all of the hydrogen atoms of these 1,4-phenylene groups and substituted 1,4-cyclohexylene groups may be alkyl groups having 1 to 2 carbon atoms, halogen atoms, carboxyl groups, alkoxycarbonyl groups, etc. It may be substituted with a substituent.

好ましいメソゲン構造部Z,Z’としては、1,4−フェニレン基が2個連結したビフェニレン基(以下、1,4−フェニレン基が2個連結したビフェニレン基を4,4−ビフェニレン基ともいう。)、3個連結したターフェニレン基、およびこれらの水素原子の1〜4個が炭素数1〜2のアルキル基、フッ素原子、塩素原子もしくはカルボキシル基に置換されたものを挙げることができる。最も好ましいものは、置換基を有しない4,4−ビフェニレン基である。メソゲン構造部を構成する1,4−フェニレン基または1,4−シクロへキシレン基同士の結合は全て単結合でもよいし、以下に示すいずれかの結合でもよい。   Preferable mesogen structure parts Z and Z ′ include a biphenylene group in which two 1,4-phenylene groups are connected (hereinafter, a biphenylene group in which two 1,4-phenylene groups are connected is also referred to as a 4,4-biphenylene group). ) Three linked terphenylene groups and those in which 1 to 4 of these hydrogen atoms are substituted with an alkyl group having 1 to 2 carbon atoms, a fluorine atom, a chlorine atom or a carboxyl group. Most preferred is a 4,4-biphenylene group having no substituent. All the bonds between 1,4-phenylene groups or 1,4-cyclohexylene groups constituting the mesogenic structure may be single bonds or any of the following bonds.

Figure 2005114869
Figure 2005114869

式1,式2のm,n,o,pは、それぞれ独立に、1〜10であることが好ましく、1〜4が更に好ましい。あまり大きいと液晶との相溶性が低下し、硬化後の光学素子の透明性を低下させるからである。   M, n, o, and p in Formula 1 and Formula 2 are each independently preferably 1 to 10, and more preferably 1 to 4. If it is too large, the compatibility with the liquid crystal is lowered, and the transparency of the cured optical element is lowered.

本発明に使用できる硬化性化合物の例を以下に示す。   Examples of curable compounds that can be used in the present invention are shown below.

Figure 2005114869
Figure 2005114869

液晶と硬化性化合物とを含有する組成物には、上記式(1),式(2)で表される硬化性化合物を含め、複数の硬化性化合物を含有していてもよい。たとえば、この組成物に、式1,式2で、m,n,o,pの異なる複数の硬化性化合物を含有させると、液晶との相溶性を向上させることができる場合がある。   The composition containing the liquid crystal and the curable compound may contain a plurality of curable compounds including the curable compounds represented by the above formulas (1) and (2). For example, when this composition contains a plurality of curable compounds having different m, n, o, and p in formulas 1 and 2, compatibility with the liquid crystal may be improved.

液晶と硬化性化合物とを含有する組成物は硬化触媒を含有していてもよい。光硬化の場合、ベンゾインエーテル系、アセトフェノン系、フォスフィンオキサイド系などの一般に光硬化に用いられる光重合開始剤を使用できる。熱硬化の場合は、硬化部位の種類に応じて、パーオキサイド系、チオール系、アミン系、酸無水物系などの硬化触媒を使用でき、また、必要に応じてアミン類などの硬化助剤も使用できる。   The composition containing a liquid crystal and a curable compound may contain a curing catalyst. In the case of photocuring, a photopolymerization initiator generally used for photocuring such as benzoin ether, acetophenone, and phosphine oxide can be used. In the case of thermosetting, a curing catalyst such as peroxide, thiol, amine, or acid anhydride can be used depending on the type of curing site, and if necessary, curing aids such as amines can also be used. Can be used.

硬化触媒の含有量は、含有する硬化性化合物の20重量%以下が好ましく、硬化後に硬化樹脂の高い分子量や高い比抵抗が要求される場合は1〜10重量%とすることが更に好ましい。   The content of the curing catalyst is preferably 20% by weight or less of the curable compound to be contained, and more preferably 1 to 10% by weight when a high molecular weight or high specific resistance of the cured resin is required after curing.

液晶分子を、基板表面に対してプレチルト角が60度以上になるように配向させる処理方法としては、垂直配向剤を用いる方法がある。垂直配向剤は、たとえば界面活性剤を用いる方法や、アルキル基やフルオロアルキル基を含むシランカップリング剤などで基板表面を処理する方法、または日産化学工業社製のSE1211やJSR社製のJALS−682−R3等の市販の垂直配向剤を用いる方法がある。垂直配向状態から任意の方向に液晶分子が倒れた状態を作るためには、公知のどのような方法を採用してもよい。垂直配向剤をラビングしてもよい。また、電圧が基板に対して斜めに印加されるように、電極にスリットを設け、あるいは電極上に三角柱を配置する方法を採用してもよい。   As a treatment method for aligning liquid crystal molecules so that the pretilt angle is 60 degrees or more with respect to the substrate surface, there is a method using a vertical alignment agent. The vertical alignment agent is, for example, a method using a surfactant, a method of treating the substrate surface with a silane coupling agent containing an alkyl group or a fluoroalkyl group, or SE1211 manufactured by Nissan Chemical Industries, or JALS- manufactured by JSR. There is a method using a commercially available vertical alignment agent such as 682-R3. In order to create a state in which the liquid crystal molecules are tilted in an arbitrary direction from the vertical alignment state, any known method may be adopted. The vertical alignment agent may be rubbed. Alternatively, a method may be employed in which a slit is provided in the electrode or a triangular prism is disposed on the electrode so that the voltage is applied obliquely to the substrate.

本発明に係る液晶としては、公知の液晶から適宜選択できるが、誘電率異方性が負のものを用いるのが好ましい。また駆動電圧を低下させるためには誘電率異方性が大きい方が好ましい。   The liquid crystal according to the present invention can be appropriately selected from known liquid crystals, but those having a negative dielectric anisotropy are preferably used. In order to reduce the drive voltage, it is preferable that the dielectric anisotropy is large.

光学素子に用いる基板としては、透明性が確保できればどのような公知のものを使用することもできる。ガラス基板を使用できる。プラスチックやフイルムでもよい。また、光学素子面は平面状である必要はなく、曲げた形状の光学素子でもよい。   As the substrate used for the optical element, any known substrate can be used as long as transparency can be secured. A glass substrate can be used. It may be plastic or film. Further, the optical element surface does not need to be planar, and may be a bent optical element.

基板上に設ける電極としてはITO(酸化インジウム−酸化スズ)のような金属酸化物の透明電極材料を使用できる。   As an electrode provided on the substrate, a transparent electrode material of metal oxide such as ITO (indium oxide-tin oxide) can be used.

一対の配向処理済み基板の配向方向の組み合わせとしては、平行、直交のいずれでもよく適当な角度で配置すればよい。電極付き基板の電極表面上に樹脂薄膜を設け、これをラビングするなどして、電極表面の液晶を配向させる公知の機能を付与することもできる。   A combination of alignment directions of the pair of alignment-treated substrates may be either parallel or orthogonal and may be arranged at an appropriate angle. A known function of aligning the liquid crystal on the electrode surface can be provided by providing a resin thin film on the electrode surface of the electrode-attached substrate and rubbing the resin thin film.

二つの基板間にある液晶層の厚さは、スペーサー等で規定することができる。その間隔は1〜50μmが好ましく、3〜30μmがさらに好ましい。液晶層の厚さが狭すぎるとコントラストが低下し、大きすぎると駆動電圧が上昇する傾向が増大するため好ましくない場合が多い。   The thickness of the liquid crystal layer between the two substrates can be defined by a spacer or the like. The interval is preferably 1 to 50 μm, and more preferably 3 to 30 μm. If the thickness of the liquid crystal layer is too narrow, the contrast is lowered, and if it is too large, the tendency of the drive voltage to increase increases, which is often not preferable.

図1には、このような構造を有する光学素子の一例の模式的断面図を示している。図1において、一対のガラス基板21,22の相対する面には、透明電極23,24が設けられる。さらに内側には配向膜が設けられている(図示を省略)。この配向膜を設けない場合もある。そして、この配向膜の間に、図示されていないスペーサーにより厚みを規定した液晶層27が挟持される。この液晶層27には硬化樹脂が含まれている。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an example of an optical element having such a structure. In FIG. 1, transparent electrodes 23 and 24 are provided on opposing surfaces of a pair of glass substrates 21 and 22. Further, an alignment film is provided on the inner side (not shown). In some cases, this alignment film is not provided. A liquid crystal layer 27 having a thickness defined by a spacer (not shown) is sandwiched between the alignment films. The liquid crystal layer 27 contains a cured resin.

一般に液晶による散乱・透過モードでは、電極間に電圧が印加されると光線透過状態をとり、電圧印加を停止した時には光線散乱状態をとるように構成する。あるいは電圧印加時には光線散乱状態をとり、電圧印加を停止した時には光線透過状態をとるように構成することが可能である。電源をオフにして、画像表示装置を使用しないときは透明で、光学素子の存在自体が目障りになったり、圧迫感を与えることが少なく、開放感がある光学素子を実現するためには、後者の条件が好ましい。このため、本明細書においては、主に、電圧印加時には光線散乱状態をとり、電圧印加を停止した時には光線透過状態をとるように構成した光学素子構造について説明してある。しかし、本発明においては、その逆の動作モードをもつ液晶層を使用することもできる。   In general, the liquid crystal scattering / transmission mode is configured to take a light transmission state when a voltage is applied between the electrodes and to take a light scattering state when the voltage application is stopped. Alternatively, the light scattering state can be taken when a voltage is applied, and the light transmitting state can be taken when the voltage application is stopped. In order to realize an optical element that is transparent when the power is turned off and the image display device is not used, and the presence of the optical element is unobtrusive or less squeezed and has a sense of openness, the latter These conditions are preferred. For this reason, the present specification mainly describes an optical element structure configured to take a light scattering state when a voltage is applied and to take a light transmission state when the voltage application is stopped. However, in the present invention, a liquid crystal layer having the opposite operation mode can also be used.

上記のようにして作製された光学素子の液晶層は、光線透過状態と光線散乱状態との間の応答速度も3ms以下と非常に速くできる場合が多い。また、従来の散乱透過モードと比べると、斜めから見たときにも非常に良好な透過状態を得ることができるようにすることができる。たとえば、上記に例示した組成の熱硬化性組成物を使用した場合、垂直から40度傾けて見た場合もほとんどヘイズがないようにすることが可能である。すなわち、光線透過状態の視野角依存性が良好であり、ガラスのように見えるようにすることができる。   The liquid crystal layer of the optical element manufactured as described above often has a very high response speed of 3 ms or less between the light transmission state and the light scattering state. In addition, compared with the conventional scattering transmission mode, it is possible to obtain a very good transmission state even when viewed from an oblique direction. For example, when the thermosetting composition having the composition exemplified above is used, it is possible to have almost no haze even when viewed at an angle of 40 degrees from the vertical. That is, the viewing angle dependency of the light transmission state is good, and it can be made to look like glass.

画像投射器としては、市販のプロジェクタ等を使用することができる。たとえば、エプソン社製のプロジェクタ(型番:ELP−50)を例示することができる。また、通常のネマチック液晶を使用した液晶プロジェクタ、テキサスインスツルメント社製のデジタルマイクロミラーデバイス(DMD)を用いたプロジェクタ、LCOS(Liquid Crystal On Silicon)や強誘電性液晶を用いたプロジェクタを使用できる。静止画の場合はスライドプロジェクタでもよい。   A commercially available projector or the like can be used as the image projector. For example, a projector (model number: ELP-50) manufactured by Epson Corporation can be exemplified. Also, a liquid crystal projector using a normal nematic liquid crystal, a projector using a digital micromirror device (DMD) manufactured by Texas Instruments, a projector using LCOS (Liquid Crystal On Silicon) or a ferroelectric liquid crystal can be used. . In the case of a still image, a slide projector may be used.

画像投射器の一般的な構成はランプ系、画像表示系、投射レンズ系の三つの系を有する。ランプ系は、均一な平行光源であることが好ましく、インテグレーターを組み合わせてもよい。また、画像表示系が液晶等の偏光を利用する場合は、偏光変換素子を用い直線偏光に揃えてもよい。画像表示系には、液晶パネルやDMDやLCOSなどがある。フルカラーを実現するためには、光源を3原色に分離し3枚の液晶パネルで表示する方法、カラーフィルターを持った1枚の液晶パネルを用いる方法、光源の色を順次切り替えていくフィールドシーケンシャルカラー方式などもある。投射レンズ系は、光学素子のサイズと画像投射器と光学素子との距離に合わせてレンズを最適化すればよい。   The general configuration of an image projector has three systems: a lamp system, an image display system, and a projection lens system. The lamp system is preferably a uniform parallel light source and may be combined with an integrator. When the image display system uses polarized light such as liquid crystal, it may be aligned with linearly polarized light using a polarization conversion element. Examples of the image display system include a liquid crystal panel, DMD, and LCOS. To achieve full color, the light source is separated into three primary colors and displayed on three liquid crystal panels, the method using a single liquid crystal panel with a color filter, and the field sequential color by sequentially switching the color of the light source. There are also methods. The projection lens system may be optimized according to the size of the optical element and the distance between the image projector and the optical element.

全体の構成を小さくした方が場所をとらないので好ましい。たとえばコンパクトな設計を施したミニプロジェクタとすることが好ましい。ミニプロジェクタとすることにより広い場所を必要としなくなるので、車載用(インパネ、カーナビ、オーディオなど)、オフィス用(レジスターなど)、アミューズメント用(パチンコ、パチスロ、ゲーム機など)等において使い勝手が良くなる。   It is preferable to reduce the overall configuration because it does not take up space. For example, a mini projector with a compact design is preferable. Since the mini projector eliminates the need for a large space, it is convenient for in-vehicle use (instrument panel, car navigation system, audio, etc.), office use (register, etc.), amusement use (pachinko, pachislot, game machine, etc.).

画像投射器の光源としては、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプやLED光源などを使用できる。また、カラー画像を投射したい場合には、フィールドシーケンシャルカラー方式を用いてもよい。プロジェクタ以外にレーザー描画装置を用いてもよい。   As a light source of the image projector, a metal halide lamp, an ultrahigh pressure mercury lamp, a halogen lamp, a xenon lamp, an LED light source, or the like can be used. When a color image is desired to be projected, a field sequential color method may be used. A laser drawing apparatus may be used in addition to the projector.

画像投射器は、光学素子の液晶層が光線散乱状態の時にのみ投射するように設定した方が、光学素子を透過した投射光が、観察者側に抜けてくることがなく、好ましい。なお、本発明に係る光学素子は複数枚を用い、たとえば積層して全体として一体となった光学装置を構成する。隣り合う光学素子の間に透明度の高い透明物質を配置する。そして、画像投射器が、光線散乱状態にある光学素子に画像を投射するように構成しており、全ての光学素子の液晶層が光線透過状態にある時が存在する場合には画像を投射しないようになっていることが好ましい。   The image projector is preferably set to project only when the liquid crystal layer of the optical element is in a light scattering state, so that the projection light transmitted through the optical element does not escape to the viewer side. Note that a plurality of optical elements according to the present invention are used, and for example, they are stacked to constitute an optical device integrated as a whole. A transparent material having high transparency is disposed between adjacent optical elements. The image projector is configured to project an image onto the optical element in the light scattering state, and when there is a time when the liquid crystal layer of all the optical elements is in the light transmissive state, no image is projected. It is preferable that it is such.

全ての光学素子の液晶層が光線透過状態にある場合に画像を投射しないようになっていれば、光学素子を透過した投射光が観察者側に抜けてくることがない。また、画像投射器が、光線散乱状態にある光学素子に画像を投射するようになっていれば、光学素子の液晶層の光線散乱状態と画像の投射とのタイミングをうまく同期できるからである。   If the image is not projected when the liquid crystal layers of all the optical elements are in the light-transmitting state, the projection light transmitted through the optical elements does not escape to the viewer side. In addition, if the image projector projects an image onto the optical element in the light scattering state, the timing of the light scattering state of the liquid crystal layer of the optical element and the projection of the image can be well synchronized.

全ての光学素子の液晶層が光線透過状態をとる時間帯は重複して存在することが好ましい。背後の景色と光学素子上の画像とを同時に見ることが可能となるからである。ここで、本発明において「背後の景色と光学素子上の画像を同時に見ることが可能」とは、画像そのものを透かして背後の景色を見ることができることと、光学素子上の画像を見る際に光学素子上で画像の投射されない部分については背後の景色を見ることができることとの両者またはそのいずれかを意味する。前者の場合は、背後の景色と光学素子上の画像とを重ねて同時に見るという印象を与えることができる。また、後者の場合は、画像が空中に浮かんだような印象を与えることができる。   It is preferable that the time zones in which the liquid crystal layers of all the optical elements are in the light transmission state overlap. This is because it is possible to see the background behind and the image on the optical element at the same time. Here, in the present invention, “the background scene and the image on the optical element can be viewed simultaneously” means that the background scene can be viewed through the image itself and that the image on the optical element is viewed. For a portion of the optical element where an image is not projected, it means that the background can be seen and / or either. In the former case, it is possible to give the impression that the scenery behind and the image on the optical element are superimposed and viewed simultaneously. In the latter case, it is possible to give the impression that the image is floating in the air.

それを実現できる構成の一例を図2を参照して説明する。図2に例示するように、複数の光学素子1,1’が配置され、光学素子間には透明物質17が配置される。図2では、2枚の光学素子1,1’を示したが、光学素子の枚数は10枚以上であってもよい。透明物質17の引っ張り弾性率は、120MPa以下である。透明物質17の引っ張り弾性率は、30MPa以下がより好ましく、特に5MPa以下が好ましい。低弾性率の透明性物質を用いることにより、外力に対する耐衝撃性を確保することができる。このような透明物質17として、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂などがあげられる。透明物質17の屈折率と基板を構成する材料の屈折率との差が0.15以内であることが好ましい。さらに、複数の光学素子を配置した場合、最前面に位置する光学素子の外表面から最背面に位置する光学素子の外表面に至る光線の透過率が30%以上であることが好ましい。さらに、電圧無印加時における透過率は80%以上であることが好ましい。また、表示装置の厚みは、例えば5cm以上である。光学素子1,1’の状態は、駆動回路(図2において図示せず。)によって制御される。   An example of a configuration capable of realizing this will be described with reference to FIG. As illustrated in FIG. 2, a plurality of optical elements 1 and 1 ′ are disposed, and a transparent material 17 is disposed between the optical elements. Although two optical elements 1 and 1 'are shown in FIG. 2, the number of optical elements may be 10 or more. The tensile modulus of the transparent material 17 is 120 MPa or less. The tensile elastic modulus of the transparent substance 17 is more preferably 30 MPa or less, and particularly preferably 5 MPa or less. By using a transparent material having a low elastic modulus, it is possible to ensure impact resistance against external force. Examples of such a transparent substance 17 include a silicone resin, a urethane resin, and an acrylic resin. The difference between the refractive index of the transparent substance 17 and the refractive index of the material constituting the substrate is preferably within 0.15. Further, when a plurality of optical elements are arranged, it is preferable that the transmittance of light rays from the outer surface of the optical element positioned at the forefront to the outer surface of the optical element positioned at the rearmost is 30% or more. Furthermore, the transmittance when no voltage is applied is preferably 80% or more. Further, the thickness of the display device is, for example, 5 cm or more. The state of the optical elements 1 and 1 ′ is controlled by a drive circuit (not shown in FIG. 2).

図2の例では、光学装置10が画像投射器2と観察者との間に置かれる。この場合、シャッター3を画像投射器2と光学装置10との間に配置し、光学素子の電気光学変調層が光線散乱状態の時にのみシャッター3を光を通過させる状態にすれば、画像投射器から投射される画像は、光学素子の液晶層が光線散乱状態の時にのみ光学素子に投射されることになる。   In the example of FIG. 2, the optical device 10 is placed between the image projector 2 and the observer. In this case, if the shutter 3 is disposed between the image projector 2 and the optical device 10 and the shutter 3 is allowed to pass light only when the electro-optic modulation layer of the optical element is in the light scattering state, the image projector Is projected onto the optical element only when the liquid crystal layer of the optical element is in a light scattering state.

すなわち、シャッターにおける光の通過と遮断とのタイミングを、光学素子の液晶層が光線透過状態と光線散乱状態とをとる駆動タイミングに同期させればよい。このようにすると、観察者4は、光線透過状態では背後の景色5を見ることができ、光線散乱状態では、光学素子1上の画像を見ることができる。この場合、光線透過状態と光線散乱状態とが切り替わる結果、合成された残像として、背後の景色5と光学素子1上の画像とを同時に見ることが可能となる。なお、図中、目隠し板6は、画像投射器が直接観察者の視野に入らないようにするために必要に応じて設置されている。   That is, the timing of passage and blocking of light in the shutter may be synchronized with the driving timing at which the liquid crystal layer of the optical element takes the light transmission state and the light scattering state. In this way, the observer 4 can see the background 5 in the light transmission state and can see the image on the optical element 1 in the light scattering state. In this case, as a result of switching between the light transmission state and the light scattering state, it is possible to simultaneously view the background 5 and the image on the optical element 1 as a synthesized afterimage. In the figure, the blindfold plate 6 is installed as necessary so that the image projector does not directly enter the observer's field of view.

光線透過状態と光線散乱状態との切り替えの繰り返し頻度は光学素子上の画像のちらつきに関与する。すなわち、観察者が画像のちらつきを感じないようにするにはこの繰り返し頻度を大きくすることが有効である。   The repetition frequency of switching between the light transmission state and the light scattering state is related to the flickering of the image on the optical element. That is, it is effective to increase the repetition frequency so that the observer does not feel the flicker of the image.

また、光線透過状態と光線散乱状態との時間的割合は、背後の景色と光学素子上の画像とのどちらをより見やすくするかの割合に関与する。すなわち、光線透過状態の時間的割合が大きいと、背後の景色は明確に見えるが、光学素子上の画像がみえないか見えにくい状態となる。そして、光線透過状態の時間的割合を次第に小さくしていくと、最初は光学素子上の画像がぼおーっと見えだし、次第に明確に見えるようになる。これとともに、背後の景色は、最初明確に見えていたものがぼおーっと見えるようになり、最後には見えなくなる。   In addition, the temporal ratio between the light transmission state and the light scattering state is related to the ratio of making the background scene or the image on the optical element easier to see. That is, when the time ratio of the light transmission state is large, the background behind the image can be clearly seen, but the image on the optical element cannot be seen or is difficult to see. Then, as the time ratio of the light transmission state is gradually reduced, the image on the optical element starts to appear roughly and gradually becomes clearer. At the same time, the landscape behind it becomes clearer at first, but disappears at the end.

そこで、光学素子の液晶層が光線散乱状態にある時間と光線透過状態である時間との割合を適切に設定することにより、観察者が、光学素子上の画像と光学素子の背景にある景色とを同時に認識できるようにできる。複数の光学素子を使用する場合を含めて言えば、1フレーム内で少なくともいずれか一つの光学素子が光線散乱状態にある時間の合計と全ての光学素子の液晶層が光線透過状態である時間との割合を、観察者が、光学素子上の画像と光学素子の背景にある景色とを同時に認識できるように設定できるのである。なお、光学素子上の画像は明確に見えるが、背後の景色が見えにくくなるような場合には、投射映像の輝度を変更することが有効である。   Therefore, by appropriately setting the ratio of the time during which the liquid crystal layer of the optical element is in the light scattering state and the time during which the optical element is in the light transmitting state, the observer can view the image on the optical element and the scenery behind the optical element. Can be recognized at the same time. Including the case where a plurality of optical elements are used, the total time during which at least one of the optical elements is in the light scattering state within one frame and the time during which the liquid crystal layers of all the optical elements are in the light transmitting state, This ratio can be set so that the observer can simultaneously recognize the image on the optical element and the scenery behind the optical element. It should be noted that if the image on the optical element can be seen clearly but it is difficult to see the background, it is effective to change the brightness of the projected image.

シャッターは、画像投射器と光学素子との間に配置されればよく、画像投射器に付設してあってもよく、画像投射器の一部をなしていてもよい。   The shutter may be disposed between the image projector and the optical element, may be attached to the image projector, or may constitute a part of the image projector.

シャッターには、高速応答性が要求される。このような目的には、一般的な機械的なシャッター以外にも、液晶シャッター等も使用できる。たとえば、強誘電性液晶シャッターや、透過散乱タイプの液晶モードを利用したシャッターを用いてもよい。シャッターとして偏光板を用いる場合は、プロジェクタの画像投射器から出てくる光の偏光を、シャッターの入光側偏光板の透過軸に揃えておけば、光の利用効率が高くなり、好ましい。   The shutter is required to have high speed response. For this purpose, a liquid crystal shutter or the like can be used in addition to a general mechanical shutter. For example, a ferroelectric liquid crystal shutter or a shutter using a transmission / scattering type liquid crystal mode may be used. In the case of using a polarizing plate as the shutter, it is preferable that the polarization of light emitted from the image projector of the projector is aligned with the transmission axis of the light incident side polarizing plate of the shutter because the light use efficiency is increased.

なお、シャッターを使用せず、画像投射器からの画像の投射タイミングを、光学素子の液晶層が光線透過状態と光線散乱状態とをとる駆動タイミングと直接同期させてもよい。液晶プロジェクタやDMDプロジェクタの場合、シャッターの代わりに光源をオンオフしてもよい。この場合の光源としては高速スイッチング可能なLEDを使用してもよい。   Instead of using the shutter, the projection timing of the image from the image projector may be directly synchronized with the driving timing at which the liquid crystal layer of the optical element takes the light transmission state and the light scattering state. In the case of a liquid crystal projector or a DMD projector, the light source may be turned on / off instead of the shutter. In this case, an LED capable of high-speed switching may be used as the light source.

入射光に対し、光学素子の液晶層が光線透過状態と光線散乱状態とをとる駆動タイミングについて図3を参照して説明する。図3において、たとえば、光学素子の電極間に電圧を印加して液晶層に電界を付与し、光線透過状態から光線散乱状態に変化させ、それと同期させて画像投射器からの画像を投射させる。また、光学素子の電極間の電圧印加を停止し、液晶層の電界を除去し、光学素子の液晶層を光線散乱状態から光線透過状態に変化させ、それと同期させて画像投射器からの投射をオフとする。この操作を繰り返すことにより光学素子の液晶層が光線散乱状態の時にのみ画像が投射され、観察者は光学素子で散乱された画像を見ることができる。   The drive timing at which the liquid crystal layer of the optical element takes a light transmission state and a light scattering state with respect to incident light will be described with reference to FIG. In FIG. 3, for example, an electric field is applied between the electrodes of the optical element to apply an electric field to the liquid crystal layer to change from a light transmission state to a light scattering state, and an image from an image projector is projected in synchronization therewith. In addition, the voltage application between the electrodes of the optical element is stopped, the electric field of the liquid crystal layer is removed, the liquid crystal layer of the optical element is changed from the light scattering state to the light transmitting state, and the projection from the image projector is performed in synchronization therewith. Turn off. By repeating this operation, an image is projected only when the liquid crystal layer of the optical element is in a light scattering state, and the observer can see the image scattered by the optical element.

従って、以上の光線透過状態と光線散乱状態とを繰り返すことにより、観察者は、光学素子上の画像と光学素子の背後の景色との二つの状態を同時に認識することが可能となるのである。   Therefore, by repeating the above light transmission state and light scattering state, the observer can simultaneously recognize the two states of the image on the optical element and the scenery behind the optical element.

光学素子が十分な散乱性を持つとき、光は全ての方向に散乱されるので、観察者は、光学素子に対し、画像投射器側、画像投射器とは反対の側およびそれらの側についての斜め方向等の様々な方向から見ることができる。ただし、本発明に係る液晶層を使用する場合、光線の後方散乱の割合(光学素子に対し、画像投射器側に散乱する光線の割合)は前方散乱の割合(光学素子に対し、画像投射器とは反対の側に散乱する光線の割合)に比べ低いことが多いので、光学素子に対して画像投射器が観察者とは反対側に配置されることが好ましい。   When the optical element is sufficiently scattering, the light is scattered in all directions so that the observer can see the image projector side, the opposite side of the image projector and the other side of the optical element. It can be seen from various directions such as an oblique direction. However, when the liquid crystal layer according to the present invention is used, the ratio of the backscattering of the light beam (the ratio of the light beam scattered to the image projector side with respect to the optical element) is the forward scattering ratio (the image projector with respect to the optical element). In many cases, the image projector is disposed on the side opposite to the observer with respect to the optical element.

本発明に係る画像表示装置においては、光線透過状態と光線散乱状態との組みの繰り返しの最小単位よりなるフレームの繰り返し頻度を、観察者が光学素子上の画像のちらつき(フリッカー)を感じない範囲内に設定でき、1フレーム内で、少なくともいずれか一つの光学素子の液晶層が光線散乱状態にある時間の合計T1と全ての光学素子の液晶層が光線透過状態である時間T2との割合を、観察者が、光学素子上の画像と光学素子の背景にある景色とを同時に認識できるように設定し得ることが必要である。 In the image display device according to the present invention, the repetition frequency of the frame consisting of the minimum unit of repetition of the light transmission state and the light scattering state is within a range in which the observer does not feel flicker of the image on the optical element. The total time T 1 during which the liquid crystal layer of at least one of the optical elements is in the light scattering state and the time T 2 during which the liquid crystal layers of all the optical elements are in the light transmission state within one frame. It is necessary that the ratio can be set so that the observer can simultaneously recognize the image on the optical element and the scene behind the optical element.

1フレームの間に光学素子の液晶層の光線散乱状態と光線透過状態とがあり、光線散乱状態の光学素子上に画像を投射すると、観察者にとっては、画像を見る時間T1と光学素子の背後の景色を見る時間T2とが存在することとなるが、このような条件を設定すると、画像のちらつきを気にすることもなく画像と背後の景色とを同時に見られるようにすることができるからである。 There are a light scattering state and a light transmission state of the liquid crystal layer of the optical element during one frame, and when an image is projected onto the optical element in the light scattering state, for the observer, the time T 1 for viewing the image and the optical element There will be a time T 2 for viewing the background, but if you set such a condition, you can view the image and the background at the same time without worrying about flickering of the image. Because it can.

一般的に、1フレームの繰り返し頻度が30Hz以上であれば、残像作用により画像のちらつきが気にならなくなる。1フレームの繰り返し頻度は50Hz以上であれば全くフリッカーを気にならなくなるので好ましい。70Hz以上であれば更に好ましい。上限については特に制限はないが、1kHzを超えると、光学素子が応答し切れず、また消費電流量が多くなるので1kHz以下が好ましい。   In general, if the repetition frequency of one frame is 30 Hz or more, the flickering of the image does not matter due to the afterimage action. If the repetition frequency of one frame is 50 Hz or more, flicker is not a concern at all. More preferably, it is 70 Hz or more. The upper limit is not particularly limited, but if it exceeds 1 kHz, the optical element cannot respond completely and the amount of current consumption increases, so 1 kHz or less is preferable.

なお、ここで「フレーム」は、光線透過状態と光線散乱状態との組みの繰り返しの最小単位よりなり、図3の場合は、T1とT2との合計である。 Here, the “frame” is composed of the minimum unit of repetition of the combination of the light transmission state and the light scattering state, and in the case of FIG. 3, is the sum of T 1 and T 2 .

本発明に係る光学素子は複数存在する場合もある。光学素子が複数存在する場合、1フレーム内で、少なくともいずれか一つの光学素子の液晶層が光線散乱状態にある時間の合計T1と全ての光学素子の液晶層が光線透過状態である時間T2とが、T1/(T1+T2)≦0.8を満足することが重要である。T1/(T1+T2)≦0.8であれば、光学素子の背後の景色を同時に見ることができるからである。T1/(T1+T2)の下限については特に制限がないが、あまり短いと、光学素子に投射された画像を見難くなる場合がある。サブリミナルな画像を利用する場合以外は、0.01<T1/(T1+T2)であることが好ましい場合が多い。 There may be a plurality of optical elements according to the present invention. When there are a plurality of optical elements, the total time T 1 during which the liquid crystal layer of at least one of the optical elements is in the light scattering state and the time T during which the liquid crystal layers of all the optical elements are in the light transmission state within one frame. 2 is important to satisfy T 1 / (T 1 + T 2 ) ≦ 0.8. This is because if T 1 / (T 1 + T 2 ) ≦ 0.8, the scenery behind the optical element can be seen simultaneously. There is no particular limitation on the lower limit of T 1 / (T 1 + T 2 ), but if it is too short, it may be difficult to see the image projected on the optical element. Except when subliminal images are used, it is often preferable that 0.01 <T 1 / (T 1 + T 2 ).

1/(T1+T2)の比率は、光学素子に投射された画像を見ることを優先するか、光学素子の背後の景色を見ることを優先するかによって変わる。たとえば、車載用のヘッドアップディスプレイのような用途であれば、光学素子の背後の景色を見ることが優先されるので、透明性が増加して背後の景色をより見やすくする条件であるT1/(T1+T2)<0.5が好ましい。また、比率は状況によって変化させてもよい。 The ratio of T 1 / (T 1 + T 2 ) varies depending on whether priority is given to viewing the image projected on the optical element or priority to seeing the scenery behind the optical element. For example, in an application such as an in-vehicle head-up display, priority is given to viewing the scenery behind the optical element. Therefore, T 1 / which is a condition for increasing transparency and making the scenery behind the viewing easier to see. (T 1 + T 2 ) <0.5 is preferred. The ratio may be changed depending on the situation.

たとえば車が停止している時は、T1/(T1+T2)=0.7に設定し、車が動いているときはT1/(T1+T2)=0.3とすることも有用である場合がある。画像投射器からの光量が大きい場合、T1/(T1+T2)=0.1としてもよい。この場合、光学素子が光線散乱状態にある時間は短くなるが、光量が大きいので、観察者は画像を認識することができ、かつ背後の景色もほぼ通常のように見えるので、画像が空間に浮いているように見える。 For example, T 1 / (T 1 + T 2 ) = 0.7 when the car is stopped, and T 1 / (T 1 + T 2 ) = 0.3 when the car is moving. May also be useful. When the amount of light from the image projector is large, T 1 / (T 1 + T 2 ) = 0.1 may be set. In this case, the time during which the optical element is in the light-scattering state is shortened, but since the amount of light is large, the observer can recognize the image and the background behind the scene looks almost normal. Looks like it's floating.

光線透過状態と光線散乱状態とを繰り返しとることができる光学素子が複数ある場合、これらを重ね合わせて使用することが好ましい。重ね合わせの程度や光学素子間の距離は、用途に応じて任意に選択することができる。たとえば、空間内を、観察者から見て奥行き方向に大きく移動させる印象を与えたい場合は、光学素子間の距離を大きくとることが好ましい。   In the case where there are a plurality of optical elements capable of repeatedly taking the light transmission state and the light scattering state, it is preferable to use these in an overlapping manner. The degree of superposition and the distance between optical elements can be arbitrarily selected according to the application. For example, when it is desired to give an impression that the space is moved greatly in the depth direction as viewed from the observer, it is preferable to increase the distance between the optical elements.

この場合に光学素子の液晶層が光線透過状態と光線散乱状態とをとる駆動タイミングを図4を参照して説明する。光学素子が3以上ある場合は、これに準じて考えることができる。   In this case, the drive timing at which the liquid crystal layer of the optical element takes the light transmitting state and the light scattering state will be described with reference to FIG. When there are three or more optical elements, it can be considered according to this.

本発明において、画像投射器は一台のみではなく、複数台設置し、投射光を複数同時に使用することもできる。   In the present invention, not only one image projector but also a plurality of image projectors can be installed and a plurality of projection lights can be used simultaneously.

本発明において、光学素子の液晶層が光線透過状態と光線散乱状態とをとる駆動タイミングは、たとえば図4に示すようにすることができる。図4の光線透過状態と光線散乱状態との表示は、図3と同様である。この駆動タイミングでは、光学素子1の液晶層が光線散乱状態の時には、光学素子1’の液晶層が光線透過状態の場合のみが存在し、光学素子1の液晶層が光線透過状態の時には、光学素子1’の液晶層が光線散乱状態の場合と光線透過状態の場合とが存在する。   In the present invention, the drive timing at which the liquid crystal layer of the optical element takes the light transmitting state and the light scattering state can be as shown in FIG. 4, for example. The display of the light transmission state and the light scattering state in FIG. 4 is the same as in FIG. At this drive timing, when the liquid crystal layer of the optical element 1 is in the light scattering state, there is only a case where the liquid crystal layer of the optical element 1 ′ is in the light transmission state, and when the liquid crystal layer of the optical element 1 is in the light transmission state, There are cases where the liquid crystal layer of the element 1 ′ is in a light scattering state and in a light transmission state.

光学素子1の液晶層が光線散乱状態の時、光学素子1’の液晶層が光線透過状態であるので、画像が光学素子1上に投射され、光学素子1’には投射されないようにすることができる。この場合には、観察者は、光学素子1’を通して光学素子1上の画像を見ることになる。   When the liquid crystal layer of the optical element 1 is in the light scattering state, the liquid crystal layer of the optical element 1 ′ is in the light transmissive state, so that an image is projected onto the optical element 1 and not onto the optical element 1 ′. Can do. In this case, the observer views the image on the optical element 1 through the optical element 1 '.

光学素子1の液晶層が光線透過状態の時、光学素子1’の液晶層が光線散乱状態であれば、光学素子1を通して、光学素子1’上に画像を投射することができる。そして、観察者は光学素子1’上の画像を見ることになる。   When the liquid crystal layer of the optical element 1 is in a light-transmitting state and the liquid crystal layer of the optical element 1 ′ is in a light-scattering state, an image can be projected through the optical element 1 onto the optical element 1 ′. Then, the observer sees the image on the optical element 1 '.

また、光学素子1の液晶層が光線透過状態の時、光学素子1’の液晶層が光線透過状態であれば、画像が光学素子1上にも光学素子1’上にも投射されず、観察者は、光学素子1,1’を通して、画像投射器2,2’側の景色5を見ることができる。   Further, when the liquid crystal layer of the optical element 1 is in a light-transmitting state, if the liquid crystal layer of the optical element 1 ′ is in a light-transmitting state, the image is not projected on the optical element 1 or the optical element 1 ′, and is observed. A person can see the scenery 5 on the side of the image projectors 2 and 2 ′ through the optical elements 1 and 1 ′.

従って、以上の光線透過状態と光線散乱状態とをとる駆動タイミングを繰り返すことにより、観察者は、光学素子1上の画像と、光学素子1’上の画像と、光学素子の背後の景色5との三つの状態を同時に認識することが可能となる。この画像は、重なって見えるときには、一方が他方に隠れるのではなく、両方が同時に見える画像となる。   Therefore, by repeating the driving timing for taking the light transmission state and the light scattering state, the observer can obtain the image on the optical element 1, the image on the optical element 1 ′, and the scenery 5 behind the optical element. These three states can be recognized simultaneously. When these images appear to overlap, one is not hidden behind the other, but both are visible at the same time.

なお、光学素子1上の画像と光学素子1’上の画像とは、上記のように、2基の画像投射器から投射してもよいが、1基の画像投射器から投射してもよい。ただし、この場合は、光学素子上の画像を鮮明なものとするためには、光学素子間の距離に応じて画像投射器の焦点を切り替える必要が出てくる場合がある。同一の画像を光学素子1と光学素子1’とで表示すると、光学素子1と光学素子1’との間で画像が行き来するような画像を得ることが可能となる。光線散乱状態と光線透過状態との時間比であるT11/T12とT21/T22とは、同じでも異なっていてもよい。 The image on the optical element 1 and the image on the optical element 1 ′ may be projected from two image projectors as described above, but may be projected from one image projector. . However, in this case, in order to make the image on the optical element clear, it may be necessary to switch the focus of the image projector according to the distance between the optical elements. When the same image is displayed by the optical element 1 and the optical element 1 ′, it is possible to obtain an image in which the image goes back and forth between the optical element 1 and the optical element 1 ′. T 11 / T 12 and T 21 / T 22, which are time ratios between the light scattering state and the light transmission state, may be the same or different.

また、T21の開始時期は、図4のようにT11の直後でなくともよい。その一例を図5に示す。なお、図4に示すように、T11とT22とが時間的に重複し、T21とT12とが時間的に重複し、T12とT22とが時間的に重複していてもよいが、T11とT21との重複は、避けるべきである場合が多い。光学素子が重なり合っている場合には、投影すべき光学素子に画像を投射することができない場合が生じるからである。 Further, the start time of T 21 may not be immediately after T 11 as shown in FIG. An example is shown in FIG. As shown in FIG. 4, even if T 11 and T 22 overlap in time, T 21 and T 12 overlap in time, and T 12 and T 22 overlap in time. While good, duplication of T 11 and T 21 should often be avoided. This is because when the optical elements overlap, an image may not be projected onto the optical element to be projected.

なお、フレームは同じ周期で繰り返されるのが通常であるが、場合によっては一部異なっていてもよい。   The frames are usually repeated at the same cycle, but may be partially different depending on the case.

ただし、いずれの場合も、シャッター3、3’における光の通過と遮断とのタイミングは、図4,図5に示すように、それぞれ、光学素子1,1’において光線透過状態と光線散乱状態とをとる駆動タイミングであるT11/T12とT21/T22とに同期させるべきである。 However, in any case, the timing of the passage and blocking of the light in the shutters 3 and 3 ′ is the light transmission state and the light scattering state in the optical elements 1 and 1 ′, respectively, as shown in FIGS. Should be synchronized with T 11 / T 12 and T 21 / T 22 which are drive timings for

光学素子が重なり合って3枚以上配置するようにしても同様なことが可能である。画像が前後、左右、上下、斜め方向に動くような多彩な表現が可能となる。また、1フレーム内において、光線散乱状態を呈する光学素子数が全光学素子数より1以上少ないようにすると、後述の実施例5に説明するように、多彩な表現や、高い明るさを維持した表現が可能となる。   The same can be achieved by arranging three or more optical elements in an overlapping manner. Various expressions are possible in which the image moves back and forth, left and right, up and down, and diagonally. Further, when the number of optical elements exhibiting a light scattering state is one or more less than the total number of optical elements in one frame, various expressions and high brightness are maintained as described in Example 5 described later. Expression is possible.

なお、先述したT1/(T1+T2)におけるT1とT2とは、複数の光学素子が存在する場合には、1フレーム内においてそのいずれかが光線散乱状態にある時間の合計をT1とし、そのいずれもが光線透過状態にある時間の合計をT2とする。たとえば、図4の場合には、図中に示すT1とT2がこれに該当する。図5の場合は、T11+T21がT1に該当し、T12−T21がT2に該当する。なお、図6のように、T11の幅とT21の幅とが同一で、T12の幅とT22の幅とが同一であり、T21がT12の中央にある場合には、T1とT2とは図中に示す長さになる。この場合は、T11+T21とT12−T21との和は2周期分の長さになるからである。 Note that T 1 and T 2 in T 1 / (T 1 + T 2 ) described above are the total time in which one of them is in a light scattering state in one frame when there are a plurality of optical elements. and T 1, any of which is the amount of time in the light transmission state and T 2. For example, in the case of FIG. 4, T 1 and T 2 shown in the figure correspond to this. In the case of FIG. 5, T 11 + T 21 corresponds to T 1 , and T 12 −T 21 corresponds to T 2 . As shown in FIG. 6, when the width of T 11 is the same as the width of T 21 , the width of T 12 is the same as the width of T 22 , and T 21 is at the center of T 12 , T 1 and T 2 have the lengths shown in the figure. In this case, the sum of T 11 + T 21 and T 12 −T 21 is the length of two periods.

ここで、光線散乱状態と光線透過状態との切り替えの状態についてさらに詳細に説明する。本発明に係る光学素子は、駆動電圧を変化させたとき、光線散乱状態と光線透過状態とが一瞬のうちに切り替わるわけではなく、光学素子の光線散乱状態と光線透過状態との切り替えの応答速度に応じた過渡的な状態を呈するのが普通である。   Here, the state of switching between the light scattering state and the light transmitting state will be described in more detail. In the optical element according to the present invention, when the driving voltage is changed, the light scattering state and the light transmission state are not switched in an instant, but the response speed of switching between the light scattering state and the light transmission state of the optical element. Usually, it exhibits a transitional state according to the above.

たとえば、図3に示した光学素子の光線散乱状態と光線透過状態との切り替えは、その立ち上がりと立ち下がりとの過渡的状態を示せば図7,図8のようになる。また、図4に示した光学素子の光線散乱状態と光線透過状態との切り替えは、その過渡的状態を示せば図9のようになる。図7,図8,図9において斜線で示される過渡的状態7は、他の部分より時間的に大幅に拡大したものである。   For example, the switching between the light scattering state and the light transmission state of the optical element shown in FIG. 3 is as shown in FIGS. 7 and 8 if the transitional state between the rising edge and the falling edge is shown. Further, the switching between the light scattering state and the light transmission state of the optical element shown in FIG. 4 is as shown in FIG. The transitional state 7 indicated by hatching in FIGS. 7, 8, and 9 is greatly expanded in time from the other portions.

このような場合には、光学素子が過渡的状態を終え、ほぼ100%の光線散乱状態になった時点で、画像投射器から投射し、光線散乱状態が光線透過状態に変化する過渡的状態になるときに画像投射器からの投射を停止することが好ましい。これにより画像投射器より投射される光が、最も光を散乱する状態の光学素子で散乱されることになるからである。図8に示すようなタイミングで投射してもよいが、過渡的状態においては光が直接観察者に投射される割合が増え、まぶしいので、図7のタイミングの方が好ましい。2枚以上の光学素子が有る場合は、図9のタイミングとなる。   In such a case, when the optical element finishes the transient state and becomes almost 100% light scattering state, it is projected from the image projector, and the light scattering state changes to a light transmitting state. Preferably, the projection from the image projector is stopped. This is because the light projected from the image projector is scattered by the optical element that scatters the light most. Although it may be projected at the timing as shown in FIG. 8, in the transient state, the ratio of the light directly projected to the observer increases, which is dazzling, so the timing of FIG. 7 is preferable. When there are two or more optical elements, the timing is as shown in FIG.

図7,図9のようなタイミングの場合、上記の過渡的状態を光学素子が光線透過状態にあるものとして扱うことができる。すなわち、ある光学素子の散乱から透明へ過渡的状態に要する立ち下がりの時間と、次の光学素子の透明から散乱への過渡的状態に要する立ち上がりの時間とが重複している駆動方法が可能である。立ち上がりの時間と立ち下がりの時間とがほぼ同じであると、より有効に時間を使うことができるので、明るい表示または透明性の高い光学素子を得ることが容易になる。   In the case of the timings as shown in FIGS. 7 and 9, the above-mentioned transient state can be treated as if the optical element is in the light transmission state. In other words, a driving method is possible in which the fall time required for the transition state from the scattering of one optical element to the transparent state and the rise time required for the transition state of the next optical element from the transparency to the scattering overlap. is there. When the rise time and the fall time are substantially the same, the time can be used more effectively, and it becomes easy to obtain a bright display or an optical element with high transparency.

このように、過渡的な状態を光線散乱状態と見なすのか光線透過状態と見なすのかは実情に応じて決めることができるが、光線透過状態として扱える時間を長く確保したい場合には、過渡的な状態を光線透過状態と見なすことが好ましい。本発明におけるT1とT2とは、上記のいずれの定義の場合にも適用が可能である。 In this way, whether the transitional state is regarded as the light scattering state or the light transmission state can be determined according to the actual situation, but if it is desired to ensure a long time that can be handled as the light transmission state, the transient state Is preferably regarded as a light transmission state. T 1 and T 2 in the present invention can be applied to any of the above definitions.

本発明に係る表示装置は、上記のような、光線透過状態と光線散乱状態とをとる駆動タイミングを繰り返すことにより、静止画像が背後の景色の中で浮かんだように見える状態や、画像が前後、左右、上下、斜め方向に動きのあるような状態、動画画像が景色の中で浮かんだように見える状態等を実現できるようになる。また、複数画面表示や、前後にある光学素子での切り替え表示によるある種の立体的表示等を実現することも可能である。   The display device according to the present invention repeats the driving timing for taking the light transmission state and the light scattering state as described above, so that the still image appears to float in the background or the image is It is possible to realize a state where there is a movement in the left, right, up, down, and diagonal directions, a state where a moving image appears to float in the scenery, and the like. It is also possible to realize a certain type of three-dimensional display, such as a multi-screen display or a switching display between the front and rear optical elements.

この場合、背景として、画像投射器やシャッターが観察者から見えないようにすると、審美性を妨げられないので好ましい場合が多い。これは、光学素子面に対して画像を斜めに投射することや目隠しを設置することで実現することができる。   In this case, it is often preferable to prevent the image projector and the shutter from being seen from the observer as the background because aesthetics are not hindered. This can be realized by projecting an image obliquely to the surface of the optical element or installing a blindfold.

図10は、光学装置に人間がランニングする状況を表示している。複数枚の光学素子に、表示要素を含む画像光を、順に投射することによって、背面側か前面側に移動するように表示をすることができる。本発明において、画像投射器が観察者から見えないようにするため、必要に応じて目隠し板を設置する。画像投射器や、シャッターは、観察者との相対的な位置の関係において、下側でも上側に設置してもよく(図11)、左右のいずれかに設置してもよい。このようにして画像を投射すると、通常の画像は歪んで見えることになるが、これは、投射すべき元の画像を補正したり、補正用レンズを使用することによって、歪みを抑制することができる。なお、画像投射器やシャッターが観察者から見えてもかまわない場合には、そのような配慮は不要である。なお、ここでは表示要素が人間である場合を示したが、表示要素は人間以外の生物をあらわしていてもよく、また、生物以外のものをあらわしていてもよい。   FIG. 10 shows a situation where a person is running on the optical device. By projecting image light including display elements onto a plurality of optical elements in order, display can be performed so as to move to the back side or the front side. In the present invention, in order to prevent the image projector from being seen by the observer, a blindfold plate is installed as necessary. The image projector and the shutter may be installed on the lower side or the upper side in relation to the position relative to the observer (FIG. 11), or may be installed on either the left or right side. When an image is projected in this way, a normal image will appear distorted. This can be suppressed by correcting the original image to be projected or using a correction lens. it can. Note that such consideration is not necessary when the image projector and the shutter may be visible to the observer. Although the case where the display element is a human is shown here, the display element may represent a living creature other than a human being, or may represent a thing other than a living creature.

光学素子周辺部を透明にすると、画像が背後の景色の中で空中に浮かんだように見える状態が強調されるので好ましい場合が多い。この目的を達するには、光学素子周辺部を透明の樹脂層でシールし、枠がある場合にはその枠を透明にすることが好ましい。なお、光学素子の周辺部は、その主要部が透明であれば充分である場合が多い。たとえば、外部回路との接続部以外が透明であれば、画像が背後の景色の中で空中に浮かんだように見える状態が充分強調される。   It is often preferable to make the periphery of the optical element transparent because the state in which the image appears to float in the air in the background is emphasized. In order to achieve this purpose, it is preferable to seal the periphery of the optical element with a transparent resin layer, and to make the frame transparent when there is a frame. In many cases, the peripheral part of the optical element is sufficient if the main part is transparent. For example, if the portion other than the connection portion with the external circuit is transparent, a state in which the image appears to float in the air in the background behind the scene is sufficiently emphasized.

シール剤としては、透明性の高い樹脂であれば公知のどのようなものを使用することも可能である。透明性の高い樹脂を使用すれば、光学素子は全面に渡って透明感が高まり、画像が空中に浮かんだように見える状態が強調される。たとえばガラス基板を使用した場合には、ガラスの屈折率に近似した屈折率を有するエポキシ樹脂やアクリル樹脂を使用すれば、空中に透明なガラスが浮いているような状態が実現できることになるのである。   Any known sealing agent can be used as long as it is a highly transparent resin. If a highly transparent resin is used, the optical element becomes more transparent on the entire surface, and the state that the image appears to float in the air is emphasized. For example, when a glass substrate is used, a state in which a transparent glass floats in the air can be realized by using an epoxy resin or an acrylic resin having a refractive index close to that of glass. .

光学素子としては、対角線の長さが10cm程度の小さいものから3m程度の大きいものを含め、どのようなサイズのものも使用することができるが、一般的にいえば、小型よりは大型の方が迫力のある画像が楽しめて好ましい場合が多い。また、いくつかの光学素子をつなぎ合わせて大型光学素子とすることもできる。   Optical elements of any size can be used, including those with a diagonal length of as small as 10 cm or as large as 3 m, but generally speaking, they are larger than small. However, there are many cases where it is preferable to enjoy powerful images. Also, several optical elements can be connected to form a large optical element.

つなぎ合わせる場合、つなぎ合わせの境界部はできるだけ画像が連続的に見えるように液晶層がつながるのが好ましい。ただし、つなぎ合わせ境界部で液晶層が重なると画像の明るさが異なってみえる場合があり、好ましくない。   In the case of joining, it is preferable that a liquid crystal layer is connected so that an image can be seen continuously as much as possible at the joining boundary. However, if the liquid crystal layers overlap at the joining boundary, the brightness of the image may appear different, which is not preferable.

逆に、光学素子周辺部のシールや枠部でつなぎ合わせ境界部をつくる場合、このような部位は、光線透過状態と光線散乱状態との切り替えができないため、透明な材料を選択すると、画像表示の際に、その部位には画像が表示されず、画像が切れた状態となる問題が生じる。   On the other hand, when creating a joining boundary part with a seal or frame part around the optical element, such a part cannot be switched between a light transmission state and a light scattering state. In this case, there is a problem that an image is not displayed on the part and the image is cut off.

そこで、このような部位を透明にせず、その一部または全部を常に光線散乱状態にして、光学素子と同等の散乱性を常に持たせることが有用である場合がある。画像を切れ目なく、あるいは切れ目があっても、切れ目が少ない状態で表示できるようになるからである。なお、この場合、全ての光学素子の液晶層が光線透過状態になっても、この部分は光線散乱状態にとどまるが、それほどの違和感はない。   Therefore, it may be useful to make such a part transparent at all, and always to have a part or all of it in a light scattering state so as to always have a scattering property equivalent to that of an optical element. This is because an image can be displayed with few or no cuts even if there are cuts. In this case, even if the liquid crystal layers of all the optical elements are in the light transmissive state, this portion remains in the light scattering state, but there is not much discomfort.

なお、上記は、全ての光学素子の液晶層が光線透過状態をとる時間帯が重複して存在する場合を主に説明したが、この条件は、本発明の態様によっては、必須の要素ではない。複数の光学素子が存在し、全ての光学素子の液晶層が光線透過状態をとる時間帯が重複して存在しない場合には、背後の景色と光学素子上の画像とを重ねて同時に見ることが困難となり、光学素子上の画像を見る際に光学素子上で画像の投射されない部分については乳白色を呈する。しかし、それでも、全体としては画像が空中に浮かんだような印象を与えることは可能であり、本発明の目的のいくつかを達成できるからである。   Although the above has mainly described the case where the time zones in which the liquid crystal layers of all the optical elements are in the light transmission state overlap, this condition is not an essential element depending on the aspect of the present invention. . If there are multiple optical elements and there are no overlapping time zones in which the liquid crystal layers of all the optical elements are in the light-transmitting state, the background and the image on the optical element can be viewed simultaneously. When the image on the optical element is viewed, the portion where the image is not projected on the optical element is milky white. However, it is still possible to give an impression that the image floats in the air as a whole, and some of the objects of the present invention can be achieved.

たとえば、光線透過状態と光線散乱状態とを繰り返しとることができる複数の光学素子と、画像を光学素子に投射する画像投射器とを備えた表示装置であって、光学素子が、液晶とメソゲン構造部を有する硬化樹脂とを含み、液晶分子の配向プレチルト角が基板表面に対して60度以上である液晶層と、液晶層を挟持する透明な一対の電極付き基板とを備え、透明電極間に電圧を印加した時には光学素子の液晶層が光線散乱状態をとり、透明電極間の電圧印加を停止した時には光学素子の液晶層が光線透過状態をとるようになしてあり、画像投射器が、光線散乱状態にある光学素子に画像を投射するようになっており、光線透過状態と光線散乱状態との組みの繰り返しの最小単位よりなるフレームの繰り返し頻度を、観察者が光学素子上の画像のちらつきを感じない範囲内に設定できる、画像表示装置やこのフレームの繰り返し頻度を30Hz以上に設定できる表示装置も本発明の一つの態様である。   For example, a display device including a plurality of optical elements that can repeatedly take a light transmission state and a light scattering state, and an image projector that projects an image onto the optical element, the optical elements being a liquid crystal and a mesogenic structure A liquid crystal layer in which the orientation pretilt angle of liquid crystal molecules is 60 degrees or more with respect to the substrate surface, and a pair of transparent substrates with electrodes sandwiching the liquid crystal layer. When a voltage is applied, the liquid crystal layer of the optical element takes a light scattering state, and when the voltage application between the transparent electrodes is stopped, the liquid crystal layer of the optical element takes a light transmissive state. The image is projected onto the optical element in the scattering state, and the observer can determine the repetition frequency of the frame consisting of the minimum unit of the combination of the light transmission state and the light scattering state on the optical element. Can be set within the range of not feel flicker display repeating frequency of image display device and the frame can be set to at least 30Hz is also an aspect of the present invention.

従って、上記説明における全ての光学素子の液晶層が光線透過状態をとる時間帯が重複して存在する場合の発明の諸態様は、全ての光学素子の液晶層が光線透過状態をとる時間帯が重複して存在しない場合についても、実現できる場合があることは言うまでもない。   Therefore, the aspects of the invention in which the liquid crystal layers of all the optical elements in the above description have a light transmission state overlap each other in the aspects of the invention in which the liquid crystal layers of all the optical elements have a light transmission state. Needless to say, there may be cases where there is no overlap.

本発明においては、複数の光学素子上の投射画像を組み合わせることによって、奥行き方向における立体的な動きを呈する投射画像を行うことができる。   In the present invention, a projection image exhibiting a three-dimensional movement in the depth direction can be performed by combining projection images on a plurality of optical elements.

本発明に係る画像表示装置は、自動車用のヘッドアップディスプレイ、ショーウインドウなどの店頭の演出、オフィスや工場、展示場などの受付の近くに設置される情報表示、コンビニエンスストアのレジスターの近くに設置される情報表示、アーケードゲーム機の表示装置等として使用でき、独特の画像を楽しむことが可能となる。   The image display device according to the present invention is installed near the register of a convenience store, a head-up display for automobiles, a storefront production such as a show window, an information display installed near a reception in an office, factory, exhibition hall, etc. It can be used as an information display, a display device of an arcade game machine, etc., and a unique image can be enjoyed.

なお、本発明に係る光学素子は、その液晶層と一対の透明電極とを利用して、その一部について、たとえば時間の表示のように、連続的に画像を表示できる機能を付与したり、反射型液晶表示装置のような他のタイプの液晶表示装置の機能を付与することも可能である。たとえば、光学素子の下部にパターン電極を作製し、所望の場所を散乱させて表示を実現することが可能である。   In addition, the optical element according to the present invention uses a liquid crystal layer and a pair of transparent electrodes to provide a function capable of continuously displaying an image, such as time display, for example, It is also possible to provide the functions of other types of liquid crystal display devices such as reflective liquid crystal display devices. For example, it is possible to produce a display by creating a pattern electrode under the optical element and scattering a desired place.

本発明に係る光学素子は透明にできるので、別の表示装置の上に配置してもよい。たとえば、車載用のインパネの前や、他のメーターの前などである。すなわち、光学素子の背後に、計器、情報端末またはミラーを置いて用いることができる。   Since the optical element according to the present invention can be made transparent, it may be arranged on another display device. For example, in front of a vehicle-mounted instrument panel or in front of another meter. That is, an instrument, an information terminal, or a mirror can be placed behind the optical element.

また、光学素子はその電気光学変調層を一つの機能層として用いる方法以外に、電極を分割したり、複数の任意形状としたりしてもよい。また複数のパターン形状の光学素子を積層してもよい。   In addition to the method of using the electro-optic modulation layer as one functional layer, the optical element may be divided into electrodes or may have a plurality of arbitrary shapes. Moreover, you may laminate | stack the optical element of a some pattern shape.

また、複数の光学素子において、散乱させる光学素子を経時的に替えていくことにより、点滅に似た表示を行い、観察者への注意喚起を促すことができる。   In addition, in the plurality of optical elements, by changing the optical elements to be scattered over time, a display similar to blinking can be performed, and the viewer can be alerted.

耐衝撃性を増すためには、上下基板を固定化することが望ましい。たとえば、接着性スペーサーを用いることにより、上下基板を固定することができる。接着性スペーサーは透明性の高い材料を選ぶことが好ましい。   In order to increase the impact resistance, it is desirable to fix the upper and lower substrates. For example, the upper and lower substrates can be fixed by using an adhesive spacer. It is preferable to select a highly transparent material for the adhesive spacer.

使用する光学素子において散乱表示する必要のない部分は、全て接着性の樹脂で満たすことも可能である。また、散乱表示する必要のある場所でも、接着性スペーサーの専有面積を調整することにより散乱能を調整することが可能である。特に、背景がある程度見えることを要求される場合は非常に有効な方法である。   It is also possible to fill all portions of the optical element that do not need to be displayed in a scattered manner with an adhesive resin. In addition, it is possible to adjust the scattering power by adjusting the area occupied by the adhesive spacer even in a place where scattering display is required. This is a very effective method especially when it is required that the background is visible to some extent.

以下に本発明の実施例を示す。実施例中、「部」は重量部を意味する。   Examples of the present invention are shown below. In the examples, “parts” means parts by weight.

図1に示す模式的断面図を持つ光学素子を次のように作成した。まず、誘電率異方性が負であるネマチック液晶(チッソ社製AG−1016XX)を80部、化2の(a)で示される硬化性化合物を20部、ベンゾインイソプロピルエーテルを0.2部ブレンドし、混合組成物を調製した。   An optical element having a schematic cross-sectional view shown in FIG. 1 was prepared as follows. First, 80 parts of nematic liquid crystal (AG-1016XX manufactured by Chisso Corporation) having a negative dielectric anisotropy, 20 parts of the curable compound represented by chemical formula (a), and 0.2 part of benzoin isopropyl ether are blended. Then, a mixed composition was prepared.

ついで、透明電極の上に垂直配向用ポリイミド膜(JSR社製JALS−682−R3)を形成した、長さ200mm,幅200mm,厚さ1.1mmであり、屈折率が1.54である一対のガラス製の基板を、ポリイミド薄膜が対向するようにして設置し、その間隙に直径6μmの樹脂ビーズを微量配してから、基板の四辺に約1mm幅のエポキシ樹脂層を印刷により設け、これを張り合わせて硬化し、光学素子周辺部が透明の樹脂層でシールされる状態にした。   Next, a pair of vertically aligned polyimide films (JALS-682-R3 manufactured by JSR Corporation) formed on the transparent electrode, having a length of 200 mm, a width of 200 mm, a thickness of 1.1 mm, and a refractive index of 1.54. This glass substrate was placed with the polyimide thin film facing each other, a small amount of resin beads with a diameter of 6 μm were placed in the gap, and an epoxy resin layer with a width of about 1 mm was provided on the four sides of the substrate by printing. The optical element periphery was sealed with a transparent resin layer.

具体的には、シール層の一部を開放しておき、シール層の硬化後、このようにして形成された液晶セル中に上記混合組成物を注入し、その後シール層の一部開放部をエポキシ樹脂で封止し、硬化して、図1に示すシール層28を完成させた。ついで、垂直配向用ポリイミド膜の働きで硬化性化合物を溶解させた液晶が基板面に垂直方向に配向を示すような状態に保ったまま硬化性化合物を硬化し、液晶層を形成した。具体的には、この注入された液晶セルを40℃に保持した状態で、主波長が約365nmのHg−Xeランプにより、上側より約2.5mW/cm2、下側より同じく約2.5mW/cm2の紫外線を10分間照射し、透明の樹脂層でシールした光学素子を得た。 Specifically, a part of the seal layer is left open, and after the seal layer is cured, the mixed composition is injected into the liquid crystal cell formed in this manner, and then a part of the seal layer is opened. It was sealed with an epoxy resin and cured to complete the seal layer 28 shown in FIG. Next, the curable compound was cured while the liquid crystal in which the curable compound was dissolved by the action of the polyimide film for vertical alignment was aligned in the direction perpendicular to the substrate surface to form a liquid crystal layer. Specifically, with the injected liquid crystal cell held at 40 ° C., about 2.5 mW / cm 2 from the upper side and about 2.5 mW from the lower side by the Hg—Xe lamp having a dominant wavelength of about 365 nm. An optical element that was irradiated with UV light of / cm 2 for 10 minutes and sealed with a transparent resin layer was obtained.

図12に、開口角5°の光学系で評価したときの駆動電圧V(実効値)に対する透過率Tのデータを示す。ガラス基板の表面にはアンチグレア(AR)処理がなされていない状態のものである。電圧無印加時の透過率は約84%であった。また、電圧を40V印加したときの透過率は約3%であった。   FIG. 12 shows data of transmittance T with respect to drive voltage V (effective value) when evaluated with an optical system having an aperture angle of 5 °. The surface of the glass substrate is not subjected to anti-glare (AR) treatment. The transmittance when no voltage was applied was about 84%. The transmittance when a voltage of 40 V was applied was about 3%.

なお、図13に示すように、この光学素子の周辺部を機械的強度の向上や液晶層等の化学的変質防止のための透明樹脂のシール枠29を設けてもよい。この場合、光学素子は透明の樹脂層で二重にシールされることになる。本例では、このようにして形成した光学素子1を20枚、間に屈折率が1.5であるシリコーン樹脂の透明物質17を挟み積層した。全体の厚みは約20cmとなった。配置構成を図14に示す。駆動回路8から、それぞれの光学素子1に信号(駆動電圧)を与えて光学状態を制御する。このようにして形成した光学素子1を20枚積層し、光学素子間にシリコーン樹脂の透明物質17を配置した場合、最前面に位置する光学素子の外表面から最背面に位置する光学素子の外表面に至る光線の透過率は、約30%程度になる。なお、光学素子の積層枚数を増加させると、透過率は減少する。   As shown in FIG. 13, a transparent resin seal frame 29 may be provided at the periphery of the optical element to improve mechanical strength and prevent chemical alteration of the liquid crystal layer and the like. In this case, the optical element is double-sealed with a transparent resin layer. In this example, 20 optical elements 1 formed as described above were laminated with a transparent resin 17 made of silicone resin having a refractive index of 1.5 between them. The total thickness was about 20 cm. The arrangement configuration is shown in FIG. A signal (drive voltage) is given to each optical element 1 from the drive circuit 8 to control the optical state. When 20 optical elements 1 formed in this way are stacked and a transparent resin 17 of silicone resin is disposed between the optical elements, the outer surface of the optical element located on the foreground is placed outside the optical element located on the back side. The transmittance of light reaching the surface is about 30%. Note that the transmittance decreases when the number of stacked optical elements is increased.

画像投射器2としてはELP−50(エプソン社製プロジェクタ)を用いた。シャッターとしては機械式回転チョッパーを用い、回転速度は60Hzで開口時間が約50%のものを用いた。   As the image projector 2, ELP-50 (Epson projector) was used. A mechanical rotary chopper was used as the shutter, and the rotation speed was 60 Hz and the opening time was about 50%.

光学素子1の液晶層の透過光線散乱状態のスイッチングも60Hzで実施し、図3に示すようなタイミングで画像投射と同期させた。   Switching of the transmitted light scattering state of the liquid crystal layer of the optical element 1 was also performed at 60 Hz and synchronized with the image projection at the timing shown in FIG.

光学素子1の液晶層を光線透過状態と光線散乱状態との間で切り替える駆動は、200Hzの交流矩形波で、電圧は0Vと30Vとの切り替えで実施した。立ち上がり時間は約1.5msで、立ち下がり時間は約2msであった。   The driving for switching the liquid crystal layer of the optical element 1 between the light transmitting state and the light scattering state was performed by switching between a rectangular wave of 200 Hz and a voltage of 0V and 30V. The rise time was about 1.5 ms and the fall time was about 2 ms.

観察者4に対して、光学素子10、画像投射器2、シャッター3は図11と同様の配置構成とした。この結果、観察者4からは、光学素子の画像と、光学素子背後の景色5とを同時に、ちらつきなく見ることができた。また、電圧無印加時は完全に光線透過状態となるため、画像表示装置を使用していないときには開放感があり、画像表示装置を使用してるときには、空間に透明な画像が浮いているような印象を与えることができた。   For the observer 4, the optical element 10, the image projector 2, and the shutter 3 have the same arrangement as in FIG. 11. As a result, the observer 4 could see the image of the optical element and the scenery 5 behind the optical element simultaneously without flickering. In addition, since a light transmission state is completely achieved when no voltage is applied, there is a sense of openness when the image display device is not used, and a transparent image is floating in the space when the image display device is used. I was able to give an impression.

実施例1と同様にして作成した光学素子2枚を用いて、図2のように配置した。光学素子1と光学素子1’との間隔は約50mmとし、ほぼ平行になるようにした。二つの光学素子は、観察者から見てほぼ重なり合った状態になっていた。2枚の光学素子の間にはシリコーン樹脂を挟んだ。   Two optical elements prepared in the same manner as in Example 1 were used and arranged as shown in FIG. The distance between the optical element 1 and the optical element 1 ′ was about 50 mm so as to be almost parallel. The two optical elements were almost overlapped when viewed from the observer. Silicone resin was sandwiched between the two optical elements.

画像投射器は実施例1と同じものを2台用いた。シャッターとしては実施例1と同様な機械式回転チョッパーを用い、投射タイミングが図4に示すようになるように調整した。T11=4ms,T12=12ms,T21=4ms,T22=12ms,T1=8ms,T2=8msと設定した。 The same two image projectors as in Example 1 were used. A mechanical rotary chopper similar to that in Example 1 was used as the shutter, and the projection timing was adjusted so as to be as shown in FIG. T 11 = 4 ms, T 12 = 12 ms, T 21 = 4 ms, T 22 = 12 ms, T 1 = 8 ms, and T 2 = 8 ms were set.

光学素子1には、画像投射器2を用いて画像を表示し、光学素子1’には、画像投射器2’を用いて文字画像を表示した。2つの画像が同時にちらつきなく認識され、また光学素子背後の景色もちらつきなく見ることができ、奥行き感のある立体的な表示を認識できた。   An image was displayed on the optical element 1 using the image projector 2, and a character image was displayed on the optical element 1 'using the image projector 2'. Two images were recognized at the same time without flickering, and the scenery behind the optical element could be seen without flickering, and a stereoscopic display with a sense of depth could be recognized.

この表示装置を使用すれば、光学素子1にシンデレラ城(ディズニー エンタープライゼズ インクの商標)などの背景を表示し、踊るミッキーマウス(登録商標)を光学素子1’に表示したり、光学素子1に表示したりしてミッキーマウス(登録商標)を前後に移動させることにより、奥行き感のある表示を実現することも可能である。   If this display device is used, a background such as Cinderella Castle (a trademark of Disney Enterprises, Inc.) is displayed on the optical element 1, and a dancing Mickey Mouse (registered trademark) is displayed on the optical element 1 'or displayed on the optical element 1. By moving the Mickey Mouse (registered trademark) back and forth, it is possible to realize a display with a sense of depth.

また、二つの画像光を光学素子1と光学素子1’とに、重なるように表示する場合、光学素子1での輝度と光学素子1’での輝度とが相違するようにすると遠近感が得られ、立体表示に一般的に必要な眼鏡無しで、立体画像を実現することができることが見出された。   In addition, when two image lights are displayed on the optical element 1 and the optical element 1 ′ so as to overlap each other, a sense of perspective can be obtained by making the luminance of the optical element 1 different from the luminance of the optical element 1 ′. It has been found that a stereoscopic image can be realized without the glasses generally required for stereoscopic display.

ミッキーマウス(登録商標)の画像とミニーマウス(登録商標)の画像とシンデレラ城の画像とを表示した場合、ミッキーマウス(登録商標)の画像については光学素子1’での輝度を相対値1、光学素子1での輝度を相対値0とし、ミニーマウス(登録商標)の画像については光学素子1’での輝度を相対値0.5、光学素子1での輝度を相対値0.5とし、シンデレラ城の画像については光学素子1’での輝度を相対値0、光学素子1での輝度を相対値1とすると、観察者にとって、ミッキーマウス(登録商標)の画像がもっとも近くにあり、シンデレラ城の画像がもっとも遠くにあり、ミニーマウス(登録商標)の画像がその中間にあるような印象を与える立体的画像を実現できた。   When an image of Mickey Mouse (registered trademark), an image of Minnie Mouse (registered trademark), and an image of Cinderella Castle are displayed, for the image of Mickey Mouse (registered trademark), the luminance at the optical element 1 ′ is set to a relative value of 1, The luminance at the optical element 1 is set to a relative value of 0. For the Minnie Mouse (registered trademark) image, the luminance at the optical element 1 ′ is set to a relative value of 0.5, the brightness at the optical element 1 is set to a relative value of 0.5, As for the image of Cinderella Castle, if the luminance at the optical element 1 ′ is a relative value 0 and the luminance at the optical element 1 is a relative value 1, the image of the Mickey Mouse (registered trademark) is closest to the observer. A three-dimensional image that gives the impression that the image of the castle is the farthest and the image of Minnie Mouse (registered trademark) is in the middle is realized.

これを一般化すれば、2以上重なり合った光学素子について、そのいずれか二つの光学素子上に投射される画像の輝度が、上記のミッキーマウス(登録商標)やシンデレラ城の場合のように、互いに相違するようになしてあれば、上記のような相対的な距離感の異なる画像の組み合わせを実現することができるのである。なお、上記において、いずれか二つというのはいずれか二つのみを意味するものではなく、そのような組み合わせが複数あってもよく、該当するいずれかの光学素子が複数の組み合わせに属していてもよい。   If this is generalized, the brightness of the image projected on any two optical elements of two or more overlapping optical elements will be different from each other as in the case of Mickey Mouse (registered trademark) or Cinderella Castle. If they are different, a combination of images with different relative distances as described above can be realized. Note that in the above, any two do not mean only any two, there may be a plurality of such combinations, and any corresponding optical element belongs to a plurality of combinations. Also good.

この場合、観察者は、上記の例では光学素子1の表示と光学素子1’の表示が合成された状態で見なければ立体的に見えないので、頭の位置をずらすと立体的に見えなくなる場合がある。立体的に見える角度範囲を増やすためには、光学素子1と光学素子1’の距離を小さくすることが好ましい場合が多いが、本発明ではそのような場合でも立体感を得ることができる。一般的に言えば、光学素子間の距離の距離としては0.4〜200mmが好ましいが、0.4〜50mmの間では立体感は維持でき、ほぼどの位置からも立体的な表示として見ることが可能であり、より好ましい。光学素子間の距離は2mm±1mmがより好ましい。   In this case, in the above example, the observer cannot see the image in a stereoscopic manner unless the display of the optical element 1 and the display of the optical element 1 ′ are combined. There is a case. In many cases, it is preferable to reduce the distance between the optical element 1 and the optical element 1 ′ in order to increase the range of angles that can be viewed stereoscopically. Generally speaking, the distance between the optical elements is preferably 0.4 to 200 mm, but the stereoscopic effect can be maintained between 0.4 and 50 mm, and the stereoscopic display can be viewed from almost any position. Is possible and more preferred. The distance between the optical elements is more preferably 2 mm ± 1 mm.

なお、両方の光学素子の表裏に、SiO2とTiO2との誘電体多層膜よりなるARコート(低反射コート)処理を施した。これにより、ガラス基板表面での外光の反射が減ったことによるコントラストアップが実現した。また、投射装置からの表示が表面で多重反射し、画像がぼける問題も低減させることができた。 Incidentally, the front and back sides of both of the optical element was subjected to AR coating (low-reflective coating) process consisting of a dielectric multilayer film of SiO 2 and TiO 2. As a result, an increase in contrast was realized due to a decrease in reflection of external light on the glass substrate surface. In addition, the display from the projection device was subjected to multiple reflections on the surface, and the problem of blurred images could be reduced.

光学素子を複数枚使用するので、各光学素子の表面をそれぞれARコート処理するのが好ましい。低反射化を実現できるからである。   Since a plurality of optical elements are used, the surface of each optical element is preferably AR-coated. This is because low reflection can be realized.

垂直配向用ポリイミド膜の表面をラビングし、プレチルト角を70度とした以外は実施例1と同様にして光学素子を作製した。   An optical element was produced in the same manner as in Example 1 except that the surface of the vertical alignment polyimide film was rubbed and the pretilt angle was set to 70 degrees.

光学素子の液晶層を光線透過状態と光線散乱状態との間で切り替える駆動の立ち上がり時間は約1.0msで、立ち下がり時間は約1.5msであった。   The rise time of the drive for switching the liquid crystal layer of the optical element between the light transmission state and the light scattering state was about 1.0 ms, and the fall time was about 1.5 ms.

観察者4に対して、光学素子10、画像投射器2、シャッター3は図11と同様の配置関係とした。この結果、実施例1と同様、観察者4からは、光学素子の画像と、光学素子背後の景色5を同時にちらつきなく見ることができた。また、電圧無印加時は完全に光線透過状態となるため、実施例1と同様、画像表示装置を使用していないときには開放感があり、画像表示装置を使用してるときには、空間に透明な画像が浮いているような印象を与えることができた。   For the observer 4, the optical element 10, the image projector 2, and the shutter 3 have the same arrangement relationship as in FIG. As a result, as in Example 1, the observer 4 could see the image of the optical element and the scenery 5 behind the optical element simultaneously without flickering. Further, since no light is applied when no voltage is applied, as in the first embodiment, there is a feeling of openness when the image display device is not used, and when the image display device is used, the image is transparent in the space. I was able to give the impression that it was floating.

実施例1の画像表示装置を自動車用のヘッドアップディスプレイ、自動車用の走行メータ表示、ショーウインドウ表示、コンビニエンスストアのレジスターの横の購入品に関する情報表示として使用すると、使用しないときは、その存在自体が目障りになったり、圧迫感を与えることが少なく、開放感があり、使用時には光学素子の背景側を見ることができる透明感のある表示を行うことができる。   When the image display device according to the first embodiment is used as a head-up display for automobiles, a traveling meter display for automobiles, a display for a show window, and an information display regarding a purchased item next to a register of a convenience store, the presence itself when not used. Is less obtrusive and does not give a feeling of pressure, has a feeling of openness, and can be used for a transparent display in which the background side of the optical element can be seen during use.

車用として利用する場合は、既存の車のヘッドアップディスプレイに使われている様にインパネの上部に光学素子を置いても、運転席と助手席の間の、センターコンソールの上部に置いてもよい。運転中でも車前方の状況を見ることができるため安全な運転ができ、また、表示がない場合は透明となるため圧迫感がない。   When using it for a car, you can place the optical element on the top of the instrument panel as used in the head-up display of existing cars, or place it on the center console between the driver's seat and the passenger seat. Good. You can drive safely because you can see the situation in front of the vehicle while driving, and when there is no indication, it is transparent and there is no feeling of pressure.

この場合、速度表示やアラーム表示などの車に関する情報や、ナビゲーション情報や、テレビ表示、映像表示、インターネット表示、ETCなど多彩な表示が可能である。   In this case, various displays such as information on the vehicle such as speed display and alarm display, navigation information, television display, video display, Internet display, ETC, and the like are possible.

光学素子サイズは、フロントガラスサイズと同じ程度にしても運転に支障がない。画像表示装置はフロントガラスに貼り付けてもよいし一体化してもよい。部分的に光学素子の機能を持たせてもよい。また、前部座席と後部座席との間に光学素子を置いてもよい。この場合でも前部座席の人と後部座席の人とが疎外感を感じなくて済む利点がある。   Even if the optical element size is about the same as the windshield size, there is no problem in operation. The image display device may be attached to the windshield or integrated. You may give the function of an optical element partially. An optical element may be placed between the front seat and the rear seat. Even in this case, there is an advantage that the person in the front seat and the person in the rear seat do not need to feel alienation.

ショーウインドウとして利用する場合は、商品の前に光学素子を置いて、商品のイメージに合う情報を流すことにより通行人の興味を引くことが可能となる。   When used as a show window, an optical element can be placed in front of a product, and information that matches the image of the product can be flowed to attract the interest of passersby.

コンビニエンスストア等のレジスターの横や上部に配置した場合、従来の表示体では透明でないため店員と客の距離が発生して疎外感があった。しかし、本表示装置を用いた場合には、疎外感がなくなる。同様な使い方で受付に配置してもよい。このときの表示としては、商品の説明、売り出し商品、期間限定商品や数量限定商品等の情報やそのコマーシャルメッセージを流すことができる。   When placed next to or above a register such as a convenience store, the conventional display body is not transparent, so the distance between the store clerk and the customer is generated and there is a feeling of alienation. However, when this display device is used, there is no sense of alienation. You may arrange at the reception desk in the same way. As the display at this time, it is possible to send a description of a product, information on a product for sale, a product for a limited time, a product for a limited amount, or a commercial message thereof.

実施例1と同様にして作成した光学素子5枚を使用し、そのうち、1フレーム内で散乱する光学素子の数は2枚とした。観察者から一番遠い光学素子を光学素子aとし、観察者側に近づくに従い光学素子b、光学素子c、光学素子d、光学素子eとした。画像として、光学素子aにシンデレラ城などの背景を表示した状態で、ミッキーマウス(登録商標)を最初のフレームでは光学素子bに表示し、その後のフレームでは光学素子cに表示し、その後のフレームで光学素子d、その後のフレームで光学素子eに表示した。   Five optical elements prepared in the same manner as in Example 1 were used, and the number of optical elements scattered within one frame was two. The optical element farthest from the observer is the optical element a, and the optical element b, the optical element c, the optical element d, and the optical element e are used as approaching the observer side. As an image, with the background such as Cinderella Castle displayed on the optical element a, the Mickey Mouse (registered trademark) is displayed on the optical element b in the first frame, and is displayed on the optical element c in the subsequent frame. The optical element d is displayed on the optical element d, and the optical element e is displayed on the subsequent frame.

これにより、ミッキーマウス(登録商標)が観察者側に近づいてくる印象を与えることができた。逆にミッキーマウス(登録商標)を光学素子eから光学素子d、光学素子c、光学素子b、光学素子aと移動させることにより、観察者から遠ざかっていく印象を与えることができた。また、1フレームで常に5枚の光学素子を表示する場合には全体の表示が暗くなる欠点があったが、本例では2枚の光学素子で同等の明るさが実現できた。   As a result, it was possible to give an impression that Mickey Mouse (registered trademark) was approaching the observer side. Conversely, by moving the Mickey Mouse (registered trademark) from the optical element e to the optical element d, the optical element c, the optical element b, and the optical element a, it was possible to give an impression of moving away from the observer. In addition, when 5 optical elements are always displayed in one frame, there is a defect that the entire display becomes dark. However, in this example, the same brightness can be realized with two optical elements.

各光学素子間の距離は小さい方が前後の移動が連続的に感じる。30mm程度でもよいが、10mm以下がよい。距離感を出すためには、光学素子の枚数を増やすことが有効である。   When the distance between the optical elements is small, the movement back and forth continuously feels. Although about 30 mm may be sufficient, 10 mm or less is good. In order to give a sense of distance, it is effective to increase the number of optical elements.

光学素子のサイズを大きくするために、実施例1で作成した光学素子を4枚貼り合わせて大きな光学素子とした。貼り合わせ部分では、シール部の外側に残った枠部に相当する部分のガラス幅は0.1mm以下とした。また、シールの内側にある部分の内、絶縁等の目的のため透過散乱の機能を有しない部分を設けたが、その部分の幅を0.5mm以下として、極力表示部でない部分が狭い面積となるように構成した。これにより光学素子の繋ぎ目で散乱に寄与しない部位を極力小さくした。   In order to increase the size of the optical element, four optical elements prepared in Example 1 were bonded to form a large optical element. In the bonded portion, the glass width of the portion corresponding to the frame portion remaining outside the seal portion was set to 0.1 mm or less. In addition, among the portions inside the seal, a portion that does not have the function of transmission scattering for the purpose of insulation or the like is provided, but the width of the portion is 0.5 mm or less, and the portion that is not the display portion is as narrow as possible It comprised so that it might become. Thereby, the site | part which does not contribute to scattering by the joint of the optical element was made small as much as possible.

この結果、画像に切れ目が生じるものの、全体としては不自然でない画像を表示することができた。   As a result, although the image is cut, an image that is not unnatural as a whole can be displayed.

なお、この散乱に寄与しない部位、すなわち光線透過状態と光線散乱状態との切り替えのできない部位に、透明エポキシ樹脂に屈折率の異なるビーズを分散した散乱樹脂を添加して、常に光線散乱状態とすることにより、光学素子と同等の散乱性を常に持たせた結果、画像を切れ目なく表示できるようになり、より自然な画像が得られた。   In addition, a scattering resin in which beads having different refractive indexes are dispersed in a transparent epoxy resin is added to a portion that does not contribute to scattering, that is, a portion that cannot be switched between a light transmission state and a light scattering state, so that a light scattering state is always obtained. As a result, as a result of always having the same scattering property as that of the optical element, the image can be displayed without breaks, and a more natural image can be obtained.

光学素子のサイズを大きくするために、実施例1のガラス基板の代わりにプラスチック基板を使用することができる。たとえば、プラスチック基板には0.2mm厚のポリカーボネート樹脂を用い、幅1mのロール状のポリカーボネートにITOを連続成膜し、その上に垂直配向膜を成膜する。長さ2mのこのポリカーボネート2枚を基板とし、この基板間に、液晶層の材料とスペーサーとを一緒にした液を注入する以外は実施例1とほぼ同様にして光学素子を作成することができる。この結果、実施例1と同様の性能を有する大判の光学素子を実現することができる。   In order to increase the size of the optical element, a plastic substrate can be used instead of the glass substrate of Example 1. For example, a polycarbonate resin having a thickness of 0.2 mm is used for a plastic substrate, ITO is continuously formed on a roll-like polycarbonate having a width of 1 m, and a vertical alignment film is formed thereon. An optical element can be produced in substantially the same manner as in Example 1 except that two polycarbonates having a length of 2 m are used as substrates, and a liquid in which the material of the liquid crystal layer and the spacers are injected between the substrates. . As a result, it is possible to realize a large optical element having the same performance as that of the first embodiment.

実施例1のギャップ制御用の樹脂ビーズに代えて、上下基板を接着可能な接着型スペーサーを用いた。透明電極上に垂直配向用ポリイミド膜(JSR社製JALS−682−R3)を形成した基板に、接着型スペーサー液を塗布し、フォトリソ法を用いてパターニングし、300μm×300μm間隔で20μm×20μmのサイズで高さ6μmの柱状のスペーサーを作成した。その後は、実施例1と同様な操作により光学素子を作製したが、最後に熱処理により上下基板を接着させた。これにより、衝撃等により電圧無印加時の透明性が劣化する現象が大幅に減少した。   Instead of the resin beads for gap control of Example 1, an adhesive spacer capable of bonding the upper and lower substrates was used. Adhesive spacer liquid is applied to a substrate on which a polyimide film for vertical alignment (JALS-682-R3 manufactured by JSR) is formed on a transparent electrode, and patterned using a photolithographic method. Columnar spacers having a size of 6 μm were prepared. Thereafter, an optical element was produced by the same operation as in Example 1, but the upper and lower substrates were finally bonded by heat treatment. As a result, the phenomenon that the transparency when no voltage is applied due to impact or the like is greatly reduced.

上記の例とは異なる方法で光学装置を形成した(図15参照)。あらかじめ準備したアクリル製の箱のなかに20枚の光学素子1を所望の間隙だけあけて固定部材を用いて順次配置した。なお、箱のサイズは、厚み30cm×パネルサイズとし、光学素子の配置ピッチは約9mmとした。パネルサイズは、20cm×18cmとした。また、各光学素子1には、2枚の基板が含まれるが、各基板の厚みは1.1mmとした。その後、溶液状態のシリコーン樹脂を箱の中に注入した。表示面の透明性を確保するために空気泡を生じないように温度、注入速度を制御した。その後、シリコーン樹脂を硬化させ、全体として一体となった光学装置10を形成した。実施例1と同様にして光学素子を駆動し、画像投射器から投射し、良好な表示を得ることができた。また、箱の代わりに水槽を用い、水槽内に各光学素子1を配置してもよい。そして、魚が泳ぎ回るような画像を表示してもよい。   An optical device was formed by a method different from the above example (see FIG. 15). In the acrylic box prepared in advance, 20 optical elements 1 were sequentially arranged using a fixing member with a desired gap. The box size was 30 cm thick × panel size, and the arrangement pitch of the optical elements was about 9 mm. The panel size was 20 cm × 18 cm. Each optical element 1 includes two substrates, and each substrate has a thickness of 1.1 mm. Thereafter, a silicone resin in a solution state was poured into the box. In order to ensure the transparency of the display surface, the temperature and injection rate were controlled so as not to generate air bubbles. Thereafter, the silicone resin was cured to form the optical device 10 integrated as a whole. In the same manner as in Example 1, the optical element was driven and projected from the image projector, and a good display could be obtained. Moreover, a water tank may be used instead of a box, and each optical element 1 may be arrange | positioned in a water tank. And you may display the image which fish swims around.

本発明に用いる光学素子の模式的断面図。1 is a schematic cross-sectional view of an optical element used in the present invention. 本発明に係る表示装置の配置の一例を示す模式図。The schematic diagram which shows an example of arrangement | positioning of the display apparatus which concerns on this invention. 図10の実施例における光線透過状態と光線散乱状態とをとる駆動タイミングを示す模式図。The schematic diagram which shows the drive timing which takes the light transmission state and light scattering state in the Example of FIG. 図2の例における光線透過状態と光線散乱状態とをとる駆動タイミングを示す模式図。The schematic diagram which shows the drive timing which takes the light transmission state and light scattering state in the example of FIG. 図2の例における光線透過状態と光線散乱状態とをとる駆動タイミングを示す模式図。The schematic diagram which shows the drive timing which takes the light transmission state and light scattering state in the example of FIG. 図2の例における光線透過状態と光線散乱状態とをとるさらに他の駆動タイミングを示す模式図。The schematic diagram which shows the further drive timing which takes the light transmission state and light scattering state in the example of FIG. 図3に示した駆動タイミングの過渡的状態を示す波形図。FIG. 4 is a waveform diagram showing a transient state of drive timing shown in FIG. 3. 図3に示した駆動タイミングの過渡的状態を示す他の波形図。FIG. 4 is another waveform diagram showing a transient state of the drive timing shown in FIG. 3. 図4に示した駆動タイミングの過渡的状態を示す模式図。FIG. 5 is a schematic diagram showing a transient state of drive timing shown in FIG. 4. 本発明の表示装置の使用状態の一例を示す模式図。The schematic diagram which shows an example of the use condition of the display apparatus of this invention. 本発明に係わる表示装置の配置の他の例を示す模式図。The schematic diagram which shows the other example of arrangement | positioning of the display apparatus concerning this invention. 光学素子のVT特性を示すグラフ。The graph which shows the VT characteristic of an optical element. 本発明の他の例における光学素子を説明する模式的断面図。The typical sectional view explaining the optical element in other examples of the present invention. 本発明の基本構成例を示す模式図。The schematic diagram which shows the basic structural example of this invention. 本発明に係わる光学素子の他の構成例を示す模式図。The schematic diagram which shows the other structural example of the optical element concerning this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1:光学素子
2:画像投射器
3:シャッター
4:使用者
5:背景
6:隠し板
7:透明物質
10:光学装置
1: Optical element 2: Image projector 3: Shutter 4: User 5: Background 6: Hidden plate 7: Transparent substance 10: Optical device

Claims (6)

一対の電極付き基板間に電気光学変調層が挟持されてなる光学素子と、光学素子を駆動する駆動回路とが設けられ、電気光学変調層は駆動回路からの信号によって、光線透過状態と光線散乱状態を含む2以上の光学状態を転移することができる表示装置であって、
複数の光学素子が配置され、隣り合う光学素子の外面間に透明性物質が設けられ、それぞれの光学素子の光学状態が駆動回路によって制御され、
最前面に位置する光学素子の外表面から最背面に位置する光学素子の外表面に至る光線の透過率が30%以上とされ、
さらに画像投射器が設けられ、画像投射器から最背面の光学素子の外表面に向けて画像光が投射され、最前面の光学素子の外表面側から表示を視認することを特徴とする表示装置。
An optical element in which an electro-optic modulation layer is sandwiched between a pair of substrates with electrodes and a drive circuit for driving the optical element are provided. The electro-optic modulation layer is configured to transmit light and scatter light according to a signal from the drive circuit. A display device capable of transferring two or more optical states including a state,
A plurality of optical elements are arranged, a transparent substance is provided between the outer surfaces of adjacent optical elements, and the optical state of each optical element is controlled by a drive circuit,
The transmittance of light from the outer surface of the optical element located at the foremost surface to the outer surface of the optical element located at the rearmost surface is 30% or more,
Furthermore, an image projector is provided, image light is projected from the image projector toward the outer surface of the optical element on the back surface, and the display is visually recognized from the outer surface side of the optical element on the front surface. .
光学素子が10枚以上配置されてなる請求項1に記載の表示装置。   The display device according to claim 1, wherein ten or more optical elements are arranged. 透明性物質の引っ張り弾性率が120MPa以下である請求項1または2に記載の表示装置。   The display device according to claim 1, wherein the tensile modulus of the transparent material is 120 MPa or less. 表示を構成する少なくとも一つの表示要素が、複数の光学素子の間を行き来するように表示が行われてなる請求項1、2または3に記載の表示装置。   The display device according to claim 1, wherein display is performed such that at least one display element constituting the display goes back and forth between the plurality of optical elements. 表示要素が画面内を移動する表示が行われてなる請求項4に記載の表示装置。   The display device according to claim 4, wherein display is performed such that the display element moves within the screen. 透明物質の屈折率と基板を構成する材料の屈折率との差が0.15以内である請求項1、2、3、4または5に記載の表示装置。   6. The display device according to claim 1, wherein a difference between a refractive index of the transparent substance and a refractive index of a material constituting the substrate is within 0.15.
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013521684A (en) * 2010-03-01 2013-06-10 インスティテュート フューア ランドファンクテクニック ゲーエムベーハー 3D image content playback method and system
WO2014033807A1 (en) * 2012-08-27 2014-03-06 パイオニア株式会社 Display device and drive method for display device
US20150356938A1 (en) * 2012-03-23 2015-12-10 Pioneer Corporation Display apparatus, driving method thereof, and screen apparatus for displaying
US20150362772A1 (en) * 2012-08-27 2015-12-17 Pioneer Corporation Display device and drive method for display device
JP2017156768A (en) * 2017-05-19 2017-09-07 パイオニア株式会社 Display device and drive method for display device
JP2019070844A (en) * 2019-01-15 2019-05-09 パイオニア株式会社 Display device and drive method for display device
JP2020173467A (en) * 2020-06-30 2020-10-22 パイオニア株式会社 Display device and drive method for display device
JP2022023983A (en) * 2020-06-30 2022-02-08 パイオニア株式会社 Display device and drive method for display device
JP2023082004A (en) * 2021-11-04 2023-06-13 パイオニア株式会社 Display device and drive method for display device
WO2023140223A1 (en) * 2022-01-24 2023-07-27 マクセル株式会社 Head-up display device and control method for head-up display device
WO2023140109A1 (en) * 2022-01-18 2023-07-27 株式会社小糸製作所 Image projection device

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013521684A (en) * 2010-03-01 2013-06-10 インスティテュート フューア ランドファンクテクニック ゲーエムベーハー 3D image content playback method and system
US9785028B2 (en) * 2012-03-23 2017-10-10 Pioneer Corporation Display apparatus, driving method thereof, and screen apparatus for displaying
US20150356938A1 (en) * 2012-03-23 2015-12-10 Pioneer Corporation Display apparatus, driving method thereof, and screen apparatus for displaying
WO2014033807A1 (en) * 2012-08-27 2014-03-06 パイオニア株式会社 Display device and drive method for display device
US20150362772A1 (en) * 2012-08-27 2015-12-17 Pioneer Corporation Display device and drive method for display device
JPWO2014033807A1 (en) * 2012-08-27 2016-08-08 パイオニア株式会社 Display device and driving method of display device
US9448466B2 (en) * 2012-08-27 2016-09-20 Pioneer Corporation Display device and drive method for display device
JP2017156768A (en) * 2017-05-19 2017-09-07 パイオニア株式会社 Display device and drive method for display device
JP2019070844A (en) * 2019-01-15 2019-05-09 パイオニア株式会社 Display device and drive method for display device
JP2020173467A (en) * 2020-06-30 2020-10-22 パイオニア株式会社 Display device and drive method for display device
JP2022023983A (en) * 2020-06-30 2022-02-08 パイオニア株式会社 Display device and drive method for display device
JP2023082004A (en) * 2021-11-04 2023-06-13 パイオニア株式会社 Display device and drive method for display device
WO2023140109A1 (en) * 2022-01-18 2023-07-27 株式会社小糸製作所 Image projection device
WO2023140223A1 (en) * 2022-01-24 2023-07-27 マクセル株式会社 Head-up display device and control method for head-up display device

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