JPH03171002A - 方向性リフレクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は反射光の強度が入射光の方向に依存するように
して鏡のようなまたは逆反射の態様で光を反射するりフ
レクタを提供することに関する。

米国特許第４７２６６６２号はプリズムレンス系または
プリズム反射系を含んだ液晶表示装置を開示している。

その特許に開示された液晶物質はカプセル化された動作
的にネマチックの液晶物質（ＮＣＡＰと呼ばれている）
である。「フィールドオンＪ　（ｆｉｅｌｄ−ｏｎ）状
態では、このＮＣＡＰ物質は光を透過させるので透明で
あるが、「フィールドオフＪ　（ｆｉｅｌｄ−ｏｆｆ）
状態では、光を散乱させるのでホワイト（白色）にまた
は輝いて（ｂｒｉｇｈｔ）見える。プリズムレンズまた
は反射系は表示装置のコントラストを良くするために液
晶物質の非視映側（ｎｏｎ−ｖｉｅｗｉｎｇ　ｓｉｄｅ
）に配置される。好ましい実施例では、プリズムレンズ
系における各光学レンズがプリズムレンズ系の平面に対
してある角度をなした内部光吸収面を有している。所定
の視映角度内でプリズムレンズに入射した光はその光吸
収面に集光される。従って、上記所定の視映角度内に位
置した観察者には、液晶物質が透過モードにあるときに
はディスプレイが暗く見え、液晶物質が散乱モードにあ
るときには明るく見える。正面グレアを抑えかつディス
プレイの見栄えを良くするために、プリズムレンズ系の
非視映側に、光源そのものまたはりフレクタでありうる
バクライト光源が設けられる。あるいはそれに代えて、
フロントリットディスプレイ（ｆｒｏｎｔ−１ｉｔｄｉ
ｅｓｐｌａｙ）の場合には、光吸収面以外の内表面が反
射性であるプリズム反射系が用いられる。

本発明のひとつの目的は改良された方向性リフレクタを
提供することである。

本発明によれば、複数の切り子面よりなる第１の面およ
び第２の面を有した屈折物質のシートと、前記第１およ
び第２の面の一方に隣接しかつ前記屈折物質の屈折率よ
り低い屈折率を有する物質によって前記一方の面から分
離された吸収層を具備した方向性リフレクタが提供され
る。

吸収層は屈折物質のシートの１つの面から分離されてい
るので、その屈折物質のシートを通過してその１つの面
に入射した光は、それの入射角度に応じて、吸収層によ
って屈折されかつ吸収されるか、あるいは反射され得る
。従って、吸収層は、先行技術の教示に反して、屈折物
質の非視映側の全体を覆って配置され得るので、有益で
ある。

以下図面を参照しながら本発明の実施例について説明す
る。

第１図は空気の屈折率Ｎａより大きい屈折率Ｎｐを有す
る透明プラスチックのような屈折物質のシ一ト２を示し
ている。この屈折シ一ト２は２つの面４、６を有してい
る。一方の面４はその面に浮彫りされた平行で均一な複
数のプリズムによって与えられる複数の切り子面８とし
て形成されている。他方の面６は平面状である。屈折シ
一ト２の外表面に入射した光は主として屈折されるが、
ある程度の表面反射も生ずる。屈折シ一ト２の内表面に
入射した光はそれの入射角に応じて屈折されるか、ある
いは全反射され得る。入射角がシートの材料の臨界角θ
８に等しいかあるいはそれより大きい場合には、全反射
が生ずる。ただし、である。

第２および３図に示された方向性リフレクタは屈折シ一
ト２と吸収物質の層１２を具備している。

第２図では、吸収層１２は屈折シ一ト２の切り子面状の
面４に隣接しており、かつそれから空隙１４だけ離間さ
れている。この方向性リフレクタのそれに入射した光に
対する作用は光の入射角と屈折シ一ト２の寸法によって
決定される。光Ａは、点ａ１およびａ２で全反射され、
従って全体として方向性リフレクタから反射されるよう
な面６に対する入射角を有している。光Ｂは点ｂ１で反
射されるが、それの切り子面８ｂにおける入射角は屈折
物質に対する臨界角より小さいので、点ｂ，では反射さ
れるずに屈折され、従って吸収層１２によって吸収され
る。点Ｃ，における光Ｃの入射角は屈折物質に対する臨
界角より小さいので、この光は点ｃ１では反射されずに
屈折され、従って吸収層１２によって吸収される。従っ
て、面６に対する光の入射角の範囲は、方向性リフレク
タによって光が反射され、この範囲外の入射角の光は吸
収されるように決定され得る。これに対応して、その予
め定められた範囲内で方向性リフレクタを見る位置にあ
る観察者には反射が見え、その予め定められた範囲外で
方向性リフレクタを見る位置に観察者にはブラックシ一
トが見える。

第２図の方向性リフレクタの特定の実施例では、屈折物
質のシ一ト２は１．５の屈折率Ｎｐを有している。空気
の屈折率は１であるから、その屈折物質に対する臨界角
θ。は４２°である。プリズム１０の断面は直角二等辺
三角形であるから、平面状の面６の垂線に対する各切り
子面８の角度は４５゜である。従って、方向性リフレク
タから反射された光の平面６に対する入射角の範囲は平
面６の垂線に関し正負両方向に約４．５’であることが
光学的幾何学から決定され得る。

第３図は吸収層１２が屈折シ一ト２の平面６に隣接して
おり、かつそれから空隙１４だけ離間された方向性リフ
レクタを示している。第２図に示された方向性リフレク
タと同様に、第３図の方向性リフレクタのそれに入射し
た光に対する作用は、その光の入射角と屈折シートの寸
法によって決定される。光Ｄは平面６の内面上の点ｄ１
におけるその光の入射角がそのシートの材料に対する臨
界角より小さくなろうような面４に対する入射角を有す
る。従って光Ｄは点ｄ，では反射されずに屈折され、吸
収層１２によって吸収される。しかし、光Ｅは平面６に
対する入射角が屈折物質に対する臨界角より大きいので
、方向性リフレクタから反射される。従って、予め定め
られた角度範囲内で方向性リフレクタに入射した光は吸
収され、上記シートが黒く見えるが、その角度範囲外の
角度で方向性リフレクタに入射した光は反射される。

第２図の実施例の変形では、第４ａ図に示されているよ
うに吸収層１６が波形に形成される。光Ｆは２つの切り
子面で全反射され、全体として方向性リフレクタからＦ
１のように反射される。光ＧおよびＨは切り子面８１で
反射されるば切り子面８，で屈折されるので、吸収層１
６によって吸収される。第４ｂ図は、軸■を方同性リフ
レクタの平面に対応させて第４ａ図の方向性リフレクタ
の反射率を示す概略的な極座標図である。第２図の吸収
層１２に比較して波形吸収層１６の有利な点は、屈折シ
ートの多数の切り子面で多数回の屈折が行なわれ、その
結果として最初の入射切り子面から遠い切り子面から観
察者に向って反射が生ずることによって方向性リフレク
タに投影される映像の歪を防止することである。

第５ａ図は第３図の方向性リフレクタの変形を示してい
る。反射層１８を具備した屈折シ一ト２の反射率を高く
するための手段がその屈折シ一ト２の交互の切り子面８
ｅに設けられている。各反射層１８の外表面上には吸収
層２０が設けられている。この実施例の方向性リフレク
タに対するこれらの層１８、２０の作用は、第５ｂ図に
示されている。第５ｂ図は軸Ｖを方法性リフレクタの面
に対応させて第５ａ図の反射率を示す概略的な極座標図
である。

光Ｊは吸収層２０に入射して方向性リフレクタを通過し
ないで吸収されるような角度で方向性リフレクタに入射
する。光Ｋの入射角は、この光が切り子面８ｆとその後
の平面６の両方で屈折され、吸収層１２で吸収されるよ
うになされている。光Ｋのうちの任意の表面反射光Ｋ１
は隣接した吸収層２０で吸収される。光Ｌの入射角は、
第３図の実施例ではこの光が反射して見えるようになさ
れている。しかし、第５ａ図の実施例では、光Ｌは反射
層１８によって反射され、屈折物質の臨界角より小さい
角度で平面６に入射する。従って、光Ｌは平面６で屈折
され、そして吸収層１２によって吸収される。第５ａ図
は光Ｌからの表面反射光Ｌ１をも示しているが、この先
Ｌ１は切り子面８ｆにおける光Ｌの入射角によって大き
く減衰される。

従って、方向性リフレクタによって反射された光だけが
光Ｍであり、この光Ｍは実質的にそれが来た方向に反射
される。

第６図は第５ａ図にしめされた方向性リフレクタを用い
た正面投影システム（ｆｒｏｎｔ−ｐｒｏｊｅｃｔｉｏ
ｎｓｙｓｔｅｍ）を示している。

従来の液晶表示装置（ＬＣＤ）（例えば活性マトリクス
、マルチブレクスド・ツイステッド・ネマチック（ｍｕ
ｌｔｉｐｌｅｘｅｄ　ｔｗｉｓｔｅｄ　ｎｅｍａｔｉｃ
）または強誘電体力−ラーテレビＬＣＤ）、写真透明画
、あるいは映画フィルムのフレームのようなソース画像
がキセノンストロボランブ２４または輝度を変更できる
他の光源を用いたプロジエクタ２３から投影される。こ
のプロジェクタは他の点では従来の形式のもであり、あ
るいは例えばリンネバック（Ｌｉｎｎｅｂａｃｈ）型の
（すなわちスクリーンに拡大されたカラーシャドウ画像
を投影するために点光源を用いた）レンズレスシャドウ
ブロジエクタ（ｌｅｎｓｌｅｓｓ　ｓｈａｄｏｗ　ｐｒ
ｏｊｅｃｔｏｒ）であってもよい。

ランブ２４は所定の周波数、通常は５０Ｈｚでフラッシ
ングされ、この場合、各フラッシュは１マイクロ秒のオ
ーダから数ミリ秒までの範囲の期間のあいだ継続するよ
うになされる。連続しているように見える、すなわちフ
リッカのない画像を発生するために、上記所定の周波数
は、画像の輝度とサイズによって影響される臨界融合周
波数（ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｆｕｓｉｏｎ　ｆｒｅｑｕｅ
ｎｃｙ）に等しいかあるいはそれより大きくなければな
らない。そのようにして形或された連続画像の輝度はフ
ラシュ画像の平均輝度に等しい。

フラッシュランプ２４からの光は光学的コリメート系２
６と投影レンズ２８を介して投影され、光を変調するた
めの手段３０が配置されている平面Ｐ１上に集束される
。変調手段３０は画威された表面を与え、第１のモード
と第２のモードの間で動作可能であり、その動作は、変
調手段３０が第１のモードにあるときにより多くの光が
放出されて画像を上記平面上に投影するように光の強度
の変化と同期される。

変調手段３０は、液晶を含んだ電気光学層、例えばコレ
ステリック・ツー・ネマチック・フエーズ・チェンジ・
セル（ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃ　ｔｏ　ｎｅｍａｔｉｃ
ｐｈａｓｅ　ｃｈａｎｇｅ　ｃｅｌｌ）、あるいは好ま
しくはネマチック液晶物質の微小カプセル化された滴を
含んだプラスチック材料のシートを具備している。その
シートの両面には表面に透明なインジウムすず酸化物電
極を有するプラスチック箔が積層されている。これで、
電位差が印加されると半透明から透明になる例えば１ｍ
ｘ３ｍのような大面積の電気光学シャッターができる。

従って、この物質は、変調手段３０が半透明の第１のモ
ードと変調手段が透明な第２のモードの間で迅速に（約
１ｍｓ〜５ｍｓの応答時間で）電気的に切換えられる。

第１のモードにある変調手段３０は半透明のスクリーン
を形成し、それから画像が反射されてプロジエクタ２３
と同じ変調手段の側における観察者（３２で示されてい
る）によって直接観察される（すなわちフロントプロジ
エクション）。第２のモードでは、この変調手段３０は
透明であり、従って平面Ｐ，から観察者に拡散反射され
る光は殆どない。このようにして、変調手段の画成され
た表面に入射した周囲光の影響が軽減される。

屈折シート３６と吸収層３８を具備した方向性リフレク
タ３４が変調手段３０の背後に設けられている。屈折シ
ート３６の面３６ａは第５ａ図に示されているような反
射層と吸収層を有した切り子面を設けられた面である。

（図示の便宜上第６図には切り子面と層は示されていな
い。）面３６ｂは平面状の面である。この方向性リフレ
クタは予め定められた角度範囲内でそれに入射した光を
反射するが、その予め定められた角度範囲外で入射した
光は吸収する。プロジエクタ２３は、観察者３２が上記
予め定められた角度範囲外で変調手段を見る位置にある
状態で、プロジエクタ２３はその予め定められた角度範
囲内の角度で変調手段３０と方向性リフレクタに光を投
影するように位置づけられる。従って、変調手段３０が
第１の（散乱）モードにある場合には、その変調手段３
０から反射された画像は、変調手段３０によって観察者
３２の方に散乱され得る方向性リフレクタからの光によ
って改善されるが、変調手段３０が第２の（透明）モー
ドにある場合には、方向性リフレクタに入射した光は吸
収されるかあるいは観察者３２から離れる方向に反射さ
れる。変調手段の正面にある反射防止フィルム４２が変
調手段３０の正面に入射した周囲光の反射を軽減する。

このようにして、変調手段が第１のモードにある場合に
は、フラッシュ画像は観察者３２の目に最大限送られる
が、フラッシングの間の期間では周囲光は減衰される。

従って、投影される画像と第２の光源からの散乱された
周囲光との間のコントラストが改善される。

本発明の方法によれば、平均パワーのより小さい光源を
用いて、従来技術における投影画像と同じコントラスト
の投影画像を形成することができ、あるいは同じ平均パ
ワーの光源を用いて、より良好なコントラストの投影画
像を形或することができる。

第６図は本発明の方法で用いられる電気回路をも概略的
に示している。任意に手段４８で修正された信号源４６
から発生された波形がパルス発生器５０を制御する。信
号源４６は５０Ｈｚ商用電源または例えばＬＣＤ　　Ｔ
Ｖのようなテレビジョンからのフィールド同期パルスで
ありうる。この場合、発生された波形は全波整流器およ
び比較器のような手段４８によって修正される。あるい
は、信号源４６は脈動する周囲光を測定する光検知器で
ありうる。その光検知器は、周囲光が最低強度の場合に
、ランブ２４と変調手段３０をトリガする比較器のよう
な手段４８の入力に接続される。

信号源４６およびパルス発生器５０はランプ２４に電力
を与える回路と変調手段３０を切換えるための回路の両
方に共通であり、かつランプ２４のフラッシングと変調
手段３０の切換えを同期させる。ランブ２４のための回
路はパルス遅延装置５２と、例えばストロボランプ用の
標準の駆動装置のようなフラッシュランプ駆動用電子装
置５４をさらに具備している。変調手段を切換えるため
の回路はさらに、パルス遅延装置５６、駆動波形発生器
５８（例えばＷａｖｅｔｅｃｈ　Ｌｔｄ．で製作されて
いる任意波形発生器）と、変調手段３０の電極に電位差
を印加するための増幅器を具備している。

パルス遅延装置５２、５６はランプ２４をフラッシング
させるためおよび変調手段３０を切換えるために印加さ
れるパルスに作用する。この場合、ランブ２４をフラッ
シングさせるために電力が印加されかつ例えば６０Ｖ　
ｒ　ｍ　ｓの電位差が印加されると変調手段３０を第１
のモード、すなわち半透明モードに切換えるためにゼロ
または小さい電位差が印加され、電力がランプに与えら
れないときに変調手段３０を第２のモード、すなわち透
明モードに切換えることができるようにする。

本発明の方向性リフレクタはフロントリフト型液晶表示
装置にも適用できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従って提供される方向性リフレクタに
用いられる屈折シートを示す図、第２、３、４ａおよび
５ａ図は本発明に従って提供される方向性リフレクタを
示す図、第４ｂおよび５ｂ図は第４ａおよび５ａ図の方
向性リフレクタの反射率を示す概略的な極座標図、第６
図は第５ａ図の方向性リフレクタを用いたフロントプロ
ジエクションシステムを示す図である。 ２：屈折シート ４、６：面 ８：切り子面 １２：吸収層 １４：空隙 １６：吸収層 １８：反射層 ２０：吸収層 ２３：プロジエクタ ２４：フラッシュランプ ２６ ２８ ３０ ３６ ３８ ４６ ５０ ５２ ５４ ５６ 光学的コリメート系 投影レンズ 変調手段 屈折シート 吸収層 信号源 パルス発生器 パルス遅延装置 フラッシュランプ駆動用電子装置 パルス遅延装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の切り子面よりなる第１の面および第２の面を
   有した屈折物質のシートと、前記第１および第２の面の
   一方に隣接しかつ前記屈折物質の屈折率より低い屈折率
   を有する物質によって前記一方の面から分離された吸収
   層を具備した方向性リフレクタ。 ２、前記複数の切り子面が複数の平行で均一なプリズム
   によって与えられている請求項１のリルレクタ。 ３、各切り子面が前記第２の面に対して垂直なな角度を
   なしている請求項１または２のリフレクタ。 ４、前記吸収層が前記第２の面に隣接している請求項１
   〜３のリフレクタ。 ５、交互の切り子面のシートに入る反射率を改善する手
   段をさらに具備した請求項４のリフレクタ。 ６、前記反射手段のそれぞれの外表面上に吸収層を具備
   した請求項５のリフレクタ。 ７、前記吸収層が前記第１の面に隣接していてそれの輪
   郭に従う請求項１〜３のリフレクタ。 ８、請求項１〜７の方向性リフレクタと、液晶物質の層
   を具備し、前記液晶層は前記シートの吸収層とは反対側
   の面に隣接しているスクリーン。 ９、請求項１〜７の方向性リフレクタと、液晶ピクセル
   のマトリクスを具備し、前記液晶ピクセルが前記シート
   の吸収層と反対側の面に隣接している表示装置。