WO1992008153A1

WO1992008153A1 - Image display device and method of producing the same

Info

Publication number: WO1992008153A1
Application number: PCT/JP1990/001428
Authority: WO
Inventors: Minoru Shimamune; Takuo Ito; Takao Negishi; Kouzou Takano
Original assignee: Toray Industries, Inc.
Priority date: 1990-11-02
Filing date: 1990-11-02
Publication date: 1992-05-14
Also published as: EP0509096A1; EP0509096A4; US5384882A

Description

明糸田 » 画像表示装置及びその製造方法技術分野本発明は、光学繊維を用いて画像を伝送、表示する装置に関するものである。更に詳しくは、大型化が可能であって、広い視野角を有し、環境外乱光に影響されにくく、解像度の高い鮮明な画像を表示できる装置に関するものである。背景技術 0 光学繊維を用いて画像を伝送、及び表示する装置としては、大別して 2種類のものが知られている。ひとつは

、光学繊維を入射面、画像表示面同一の配列で密に束ねて実物大の像を表示するイメージガイド、あるいはィメ

—ジスコープと呼ばれるものであり、他は、画像表示面の光学繊維同士の間隔を入射面より大きくして拡大の機能を持たせ、画面サイズ数十インチという大型スクリ一ンを構成する画像表示装置である。いずれに於いても画像表示面（スクリーン面）は光学繊維の切断端面で形成されるが、該端面から出てくる光は指向性が強く、画像 ' 表示面とある一定範囲の角、即ち垂直に近い方向からは良く見えるが、画像表示面の垂線とのなす角が大きくなると非常に見えにくくなる、即ち視野角が狭いという欠点を持っている。従って、特に多人数が一度に見ることを前提としている大型スクリーンの場合には出射光を広い角度に散乱させる何等かの手段が必要となってくる。

この問題に対する従来の対策は、光散乱板あるいは光散乱フィルム等を画像表示面（以下、主として大型スクリーンを対象とする場合はスクリーン面と呼称する。）に貼り付け、光学繊維からの出射光を散乱させる方法と、光の出る個々の光学繊維の端面に光散乱構造を設ける方法の 2つに分類できる。前者の方法では、散乱板及び散乱フィルム共に環境外乱光を反射する性質を持っため、反射光が本来表示すべき画像情報と混じり合って画像が不鮮明になる、具体的には画面の解像度、コントラストが下がるという問題があった。後者の光の出る部分にのみ光散構造を設ける方法については、多数の光学繊維のそれぞれの端面を光が散乱しやすい形状に加工することは、特にスクリーン面に数十万本の光学繊維が存在する大型スクリーンにあつては実質上不可能であつた。一方、光学繊維の束をスクリ一ン面に対して所定角度傾斜した状態で平行に積層する、即ち光学繊維の軸に対して垂直よりも浅い角度で切断した端面でスクリーン面を形成する方法が提案されている（特開昭 6 1 - 1 1 7 8 2 ) 。しかしながらこの方法においては、光学繊維束の軸方向をスクリーン面に対してどの程度傾斜させるかで、入射面に対する拡大率とスクリーン面の散乱度合い、即ち視野角とが同時に決まってしまい、両者を独立に調整することができないという問題があつた。

本発明の目的は、上記従来技術の欠点に鑑み、広い視野角を有し、環境外乱光の反射によって画像情報が認識しにくくなることがなく、解像度の高い、鮮明な画像が得られる表示装置を極めて簡便な方法で提供することにある。発明の開示

本発明は上記課題を解決するため次の構成を有する。すなわち、本発明の画像表示装置は、多数の光学繊維の一端面及び他端面がそれぞれ画像表示面及び画像入射面に配置された画像表示装置において、画像表示面には光学繊維の端部に形成された多数の光散乱層が点状に分散しており、かつ該散乱層は粒子状の光散乱材を添加した、又は表面に微細凹凸を持つ透明樹脂からなることを特徵とする。

また、本発明の画像表示装置の製造方法は、画像表示面に多数の光学繊維の一端面を配置した後、画像表示面全体に粒子伏の光散乱材を添加した感光性樹脂を塗布し、入射面からの光で画像表示面の各々の光学繊維端部周辺の樹脂を硬化させ光散乱層を形成した後、未硬化部を除去することを特徵とするものである。図面の簡単な説明第 1図は本発明に係る画像表示装置の 1例を模式的に示したものである。第 2図はスクリーン面上の一本の光学繊維端面の拡大図、第 3図は同断面図である。第 4図は、本発明において散乱用マイクロレンズを形成する具体的な方法を示す。

1 ：光学繊維束

2 ：画像入射面

3 ：画像表示面（スクリーン面）

4 ：光散乱層（マイクロレンズ）

5 ：硬化した感光性樹脂

6 ：散乱材

7 ：光学繊維の切断端面

8 ：光学繊維

9及び 1 0 ：光源

1 1 ：塗布された感光性樹脂

1 2 ：支持架台発明を実施するための最良の形態以下、本発明を、拡大機能を有する大型スクリ一ンの場合を例にとって説明する。

第 1図は本発明に係る画像表示装置の 1例である。において 1 は画像情報を伝送する光学繊維の束を示す。 2 は光学繊維が密に配列された画像入射面、 3は光学繊維が入射面と相似の配列で、入射面よりも低い密度で配列された画像表示面、すなわちスクリーン面である。 4 は光学繊維の端面に後述する方法で形成された樹脂の硬化領域、即ち光散乱層（マイクロレンズとも呼称する）である。画像入射は透過型液晶画面を画像入射面に密着させて背面から光を当てるとか、映写機やビデオプロジ二クタ一で画像を入射面に直接投影する方法等によって達成される。

第 2図はスクリーン面上の一本の光学繊維端面の拡大図、第 3図は同断面図である。通常光学繊維 8 はスクリーンを構成する部材 3 と面をそろえて鋭利に切断され、端面 7の上にマイクロレンズ 4が形成される。 5はレンズを構成する透明樹脂、 6は透明樹脂中に添加する光散乱材である。マイクロレンズは各々の光学繊維の端面に 1個ずつ形成しても良いが、 3〜 4本（本数は任意だが ) の光学繊維の束の端面毎に 1個形成することもある。そうすることによって 3原色の画像を別々に送りスクリーンで合成してカラー表示することもできるし、青色のように弱めの原色に対しては 2本の光学繊維で送り、全体の色のバランスを整えることもできる。

第 4図は、本発明において光散乱用マイクロレンズを形成する具体的な方法を示す。

スクリーン面 3 の上に光散乱材を添加した感光性樹脂 1 1をバーコ一タ一等の手段を用いて数^〜数百《の厚さに塗布する。画像入射面 2から光源 9で感光性樹脂の硬化に適した波長の光を照射することにより、光は光学繊維 8 自身によって画像表示面まで伝えられ、光散乱材で散乱され、光学繊維端面の周辺部に各方向への光の強さに対応した樹脂の硬化領域 4が形成される。一定時間照射後、未硬化の樹脂を除去することにより、スクリーン面には硬化した樹脂だけが残り、各光学繊維の端部それぞれにマイクロレンズを取り付けたと全く同様の形状となる。

ここで用いる感光性樹脂とは、可視光の透過を妨げないできるだけ透明なものが好ましく、光によって橋かけ反応を行う基を持つ高分子化合物、光橋かけ剤を混合することによって感光材料となる高分子化合物、あるいは光によって重合するモノマー等の樹脂を使用しうるが、特に硬化の安定性、光学繊維との接着性の面からァクリル、ポリアミド、ポリエステル等の感光性樹脂が好適である。また感光性の定義として、広くは可視光から電子線、 X線までの光で硬化する樹脂を含むが、入手の容易さ、取り扱い易さの点で紫外線硬化型樹脂が好ましい。照射用光源は使用する樹脂の特性に合わせて選定することになるが、たとえば一般の紫外線硬化樹脂の場合は 3 0 0〜 4 ひ 0 n mの波長の紫外線を発生することが好ましく、メタルハラィドランプ、高圧水銀灯、水銀キセノンランプ等が適している。添加する光散乱材は、可視光波長の 8 0 0 n mよりも粒径の大きな透明粒状体が好ましく、例としては、ガラス、水晶、 S i 0 2 L i F、 N a F、等の無機材料の粒上体、メタクリル樹脂、四フッ化工チレン樹脂等の透明性有機材料からなる殻体、あるいは感光性樹脂中に形成した微多孔内に包含されるような空気、 N 2 、 A r、等の気体でもよい。一般には、安定性、分散性、価格等を考慮すると、ガラス、 S i 0 ₂、 A 1 ₂ 0 3 などの無機材料が好ましい。またそれらを用いる場合の具体的方法としては、数^〜数十 ^の粒上体を 0 . 5〜； L 0 %程度添加するのが効果的である。なお、光散乱効果を高めるためには、散乱材である透明粒状体と感光性樹脂とは屈折率が異なるように構成することが好ましい。なお光散乱材はアルミの微粒子のように光を吸収することなく反射するものでもよい。さらに光散乱材を用いなくとも光散乱層の表面に微細凹凸を付与することによつても類似の効果が得られる。微細凹凸の付与は未硬化の透明樹脂を除去した後画像表示面を微細な表面凹凸を有するローラ —で加熱押圧することなどによって可能である。

マイクロレンズの形状は、第 4図に示すように充分な塗布厚みでおこなえば、各方向の光の強さに従って硬化領域ができることから、その結果として凸レンズ状となる。また非常に薄く樹脂を塗布した場合には、凸レンズの底部だけが残った、円盤に近い形となる。それぞれレンズの形状に応じた散乱の効果を有しており、それらの形の選択は、目標とする視野角から決められる。

樹脂の塗布厚みは、要求されるマイクロレンズの厚み以上とする必要があるが、いたずらに厚く塗ることは除去する未硬化樹脂の量を増やすだけであり、効率的でない。本用途に用いられる光学繊維の径は一般に 1 0 0 〜 1 0 0 0 の範囲にあり、散乱に必要なマイクロレンズの形状から考慮すると、樹脂の塗布厚みは数/ /〜数百 βの範囲が適当である。

未硬化部分を除去するには、硬化部のマイクロレンズの形を保つ面からは、機械的な力を加えずアルコール等の溶媒で溶解、除去するのが好ましい。しかし溶媒の種類によっては後述のスクリーン面構成部材、あるいは硬化した樹脂そのものにも影響をおよぼす場合があり、適当な溶剤が無い場合にはブラシ、ヘラ等でかきとる方法でもよい。

スクリーン面の地の部分 3を形成する部材は暗色体、特に黒色体が好ましい。セラミック、金属、高分子材料などを使用できるが、加工性、接着性、重量、等の面からポリエステル、ポリアミド、 A B S、塩化ビニル等の高分子材料が好適である。地の部分の面積は画像表示面の 7 ひ％以上あることが画像のコントラストを維持するために好ましい。さらに好ましくは 8 5 %以上である。

散乱用マイクロレンズは、スクリーンの地の部分に不必要に広がらない方が好ましい。この条件を満たす照射時間は、例えば紫外線硬化樹脂の場合、単位出力 8 0〜 1 0 0 w / c mのメタルハラィドランプを用いれば数秒から数分の間であるが、これだけでは樹脂の硬化及び光学繊維への接着が不十分な場合が多く、未硬化部を除去するときにマイクロレンズが取れてしまうこともある。これを防ぐ有効な手段として、未硬化部分を除去した後、形成された光散乱層に再度光を照射する方法がある。マイク口レンズの硬化に要したものと同種の光を、光源 1

0の位置からスクリーン面に照射する方法と光源 9 の位置から入射面に照射する方法を、同時に実施するかあるいはどちらか一方でも良い。これにより、形成されたマイク口レンズは光学繊維との接着力が増して充分な強度を持つことができる。また樹脂の硬化度が増すことによつて透明性が向上し、全体が均一になって、画像品質の上でも顕著な改善効果をしめす。

以上述べた方法で期待する効果を実現するためには、第 3図の状態において、感光性樹脂がスクリーン面にムラなく塗られていることが必要である。スクリーン面は、上述のように反射をできるだけ少なくじ、且つ光学繊維と強固に接着するという要求から、材質を黒色の樹脂または金属をとすることが多い。感光性樹脂は一般に表面張力が大きくて濡れ性がよくなく、そのまま塗布する場合には界面でのハジキ現 ¾のため気泡がは発生して樹脂で塗られない部分ができてしまう。本発明の方法では、界面活性剤を予めスクリーン面に塗布する、あるいは感光性樹脂に直接界面活性剤を添加することにより、スクリ一ン面全体にムラなく塗布することができる。

ここで用いる界面活性剤は、本用途の感光性樹脂に要求される特性、即ち透明性、光学繊維との接着性を阻害するものでなければ、多種類のものを採用し得る。一般に界面活性剤として知られている脂肪酸塩類、アンモニゥム塩類、エーテル類、の他に、表面張力を下げる効果のあることが知られているシリコンオイル等を使用してもよい。

かくして得られた本発明に係る表示装置は、上記の構成としたことにより、次のごとき優れた効果を有する。

1)視野角を広い範囲において任意に設定することが出来。

2)環境外乱光の反射によつて画像情報が影響を受けることがないため、解像度の高い鮮明な画像が得られる。

3)光散乱層の形成を極めて簡便に行える。

以下に実施例に関して説明する。

[実施例 1 ]

光学繊維 1 として、コアが P MMA (屈折率 1. 4 9 ) . クラッドがフッ素系樹脂（屈折率 1. 4 1 ) から成る線径 5 0 0 jcz mのプラスチック光ファイバ一を用いた。画像入射面の形状を 1 ひ 0 mmx 7 6 mmとし、ファイバ一を 6方稠密状態で積層した。画像表示面は、配列を相似形としてファイバーのピッチを 3 mm間隔とし、即ち 6 倍の拡大機能を持たせた。画像表示面の寸法は 6 0 0 mm x 4 5 6 mmとなる。スクリーン面の地の部分は A B S樹脂を用いた。各ファイバーを A B S樹脂の面と合わせて切断した後、散乱材として 5 ^の A 1 ₂ O 3 粉末を 1 0 %、表面張力を下げるためのシリコンオイル 1 %を添加したァクリル系の紫外線硬化樹脂を約 2 5 0 の厚さに塗布し、入射面から紫外線を約 2分間照射して、画像表示面上に散乱用マイク口レンズとなる樹脂硬化部分を生成させた。光源には出力 8 0 0 Wの高圧水銀灯用い、画像表示面での紫外線強度を 0 . 1 5〜 0 . 3 m W / c ni 2 に設定した。照射後、紫外線硬化樹脂の未硬化部をブラシで除去し、スクリーン面とした。光散乱層と地の部分の面積はそれぞれ 1 1 %と 8 9 %であった。

本実施例において画像表示面上に得られた画像は解像度が高く、鮮明な画像であった。視野角は輝度の半減する領域で定義すると約 4 5 ° であった。この方法によれば、塗布厚み、照射光量の調節により、希望する視野角に設定することが可能である。

[実施例 2 ]

実施例 1 と同様の方法で画像表示装置を製作した後、出力 2 5 0 Wのメタルハラィドランプを光源としてスクリーン面に紫外線を連続 8時間照射した。マイクロレンズを形成している樹脂の硬化度が増し、塗布厚み、照射光量の微妙な差に起因するムラがなくなり、均一性の向上した画像が得られた。またファイバ一との接着力も增し、運搬時の衝撃等にも充分耐えられる強度となった。産業上の利用可能性かくして得られる表示装置は、室内、屋外を問わず、液晶画面などで表示できる小さな画像を拡大してコントラストの高い鮮明な画像を表示することができ、大人数で同時に見ることのできる 5 0〜 2 0 0インチ程度の大型表示装置として有用なものである。

Claims

請求の範囲多数の光学繊維の一端面及び他端面がそれぞれ画像表示面及び画像入射面に配置された画像表示装置において、該画像表示面には光学繊維の端部に形成された多数の光散乱層が点状に分散しており、かつ光散乱層は粒子状の光散乱材を添加した透明樹脂からなることを特徵とする画像表示装置。

多数の光学繊維の一端面及び他端面がそれぞれ画像表示面及び画像入射面に配置された画像表示装置において、該画像表示面には光学繊維の端部に形成された多数の光散乱層が点状に分散しており、かつ光散乱層は表面に微細凹凸のある透明樹脂からなることを特徵とする画像表示装置。

光散乱層が各々の光学繊維の端部毎に形成されていることを特徵とする請求項 1又は 2記載の画像表示透明樹脂が感光性樹脂であることを特徵とする請求項 1又は 2記載の画像表示装置。

光散乱材が、 8 0 0 n mよりも粒径の大きい透明粒状体であることを特徴とする請求項 1又は 2記載の画像表示装置。

光散乱材が、光反射性微粒子であるこ.とを特徴とする請求項 1又は 2記載の画像表示装置。

画像表示面の光散乱層以外の部分が暗色であることを特徴とする請求項 1又は 2記載の画像表示装置。 8 画像表示面において光散乱層の占める面積が 3 0 % 以下であることを特徵とする請求項 1又は 2記載の画像表示装置。

9 画像表示面において光散乱層の占める面積が 1 5 % 以下であることを特徵とする請求項 1又は 2記載の画像表示装置。

1 0 光散乱層が光学繊維端面の直径より大きいレンズ状である請求項 1又は 2記載の画像表示装置。

1 1 画像表示面に多数の光学繊維の一端面を配置した後

、画像表示面に感光性樹脂を塗布し、入射面からの光で画像表示面の光学繊維端部周辺の樹脂を硬化させた後、未硬化部を除去することを特徴とする画像表示装置の製造方法。

1 2 画像表示面に多数の光学繊維の一端面を配置した後、画像表示面に感光性樹脂を塗布し、入射面からの光で画像表示面の光学繊維端部周辺の樹脂を硬化させた後、未硬化部を除去し、さらに硬化部表面に微細凹凸を付与することを特徵とする画像表示装置の製造方法。

1 3 感光性樹脂が粒子伏の光散乱材を添加した感光性樹脂であることを特徴とする請求項 1 1又は 1 2記載の画像表示装置の製造方法。

1 未硬化部を除去後、形成された光散乱層に再度光を ' 照射することを特徵とする請求項 1 1又は 1 2記載の画像表示装置の製造方法。

感光性樹脂を画像表示面に塗布するに際して、界面活性剤を予め画像表示面に塗布しておくことを特徴とする請求項 11又は 12記載の画像表示装置の製造方法 ο

感光性樹脂を画像表示面に塗布するに際して、感光性樹脂に予め界面活性剤を添加しておくことを特徴とする請求項 11又は 12記載の画像表示装置の製造方