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JP4270412B2 - Light diffusing element composite and image display system using the same - Google Patents

Light diffusing element composite and image display system using the same Download PDF

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JP4270412B2
JP4270412B2 JP10629198A JP10629198A JP4270412B2 JP 4270412 B2 JP4270412 B2 JP 4270412B2 JP 10629198 A JP10629198 A JP 10629198A JP 10629198 A JP10629198 A JP 10629198A JP 4270412 B2 JP4270412 B2 JP 4270412B2
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Japan
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light
diffusing element
light diffusing
incident
image display
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谷口幸夫
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Dai Nippon Printing Co Ltd
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  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
  • Overhead Projectors And Projection Screens (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光拡散素子複合体及びそれを用いた画像表示システムに関し、特に、プロジェクターの透過型スクリーンや液晶表示装置等の直視型ディスプレイの視野角拡大フィルムに代表される光散乱機能を持った光拡散素子複合体とその光拡散素子複合体を用いた画像表示システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、光散乱機能を持った素子として、以下のものが知られていた。
a.表面に微細な凹凸形状を付与した素子
b.透明材料内部に屈折率の異なる微粒子を分散した素子
c.散乱光と参照光を干渉させて記録したホログラム素子。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記a及びbの素子の光散乱の原理は、表面の微細な凹凸形状や微粒子により光線がランダムに曲げられることによる。そのため、散乱量はある程度制御できるものの、特定の角度に散乱光を集中するというように、散乱光を高精度で制御することができず、本来不必要な方向へも散乱してしまうために、光の利用効率が悪いという欠点があった。また、どの方向からの光も散乱してしまうため、透明度が悪かった。特に、「ある方向の光は散乱するが、それ以外からは透明に見せたい」というような用途、例えば建物の窓ガラスに用いるような用途には適していなかった。
【0004】
また、上記のcの散乱光を記録したホログラム素子の場合は、散乱角の制御は可能であり、また、ホログラム特有の角度選択性により特定方向の光のみを散乱させることは可能である。ところが、ホログラムには波長選択性と光分散性という特徴があり、これが欠点として働く。波長選択性とは、特定の波長の光しか回折しないという性質であり、このため、カラーの画像を扱う場合、特定の波長の光が強調され、特定の色味がかってしまうという問題があった。また、光分散性は、波長毎に回折される角度が異なる性質であり、このため、見る位置により色が変わってしまうという問題があった。
【0005】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、所定の入射角範囲に対しては散乱するがそれ以外の角度では散乱することなく透過し、また、光分散、波長選択性も極めて少ない光拡散素子複合体及びそれを用いた画像表示システムを提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の光拡散素子複合体は、所定の入射角範囲を持った拡散光を厚みのある感光材料に投射し、拡散光束内の光相互の干渉縞を前記感光材料内に記録してなる光拡散素子の入射側に、所定入射角の入射光の角度を変換して拡散し、それ以外の入射角の入射光を拡散させずに透過する機能を有する体積型の透過型ホログラムからなる光偏向素子が配置されてなること特徴とするものである。
【0010】
本発明の光拡散素子複合体を用いた画像表示システムは、以上の光拡散素子複合体を画像表示装置の観察側に密着あるいは近接配置したものである。
【0011】
その場合、画像表示装置は、透過型液晶表示装置、反射型液晶表示装置等何れでもよい。
【0012】
また、以上の光拡散素子複合体上に画像を結像させる画像表示システムであってもよい。
【0013】
さらに、建物の窓ガラスに以上の光拡散素子複合体を設け、その一方の側からプロジェクターにより画像をその上に結像させ、その他方の側から観察する画像表示システムであってもよい。
【0014】
本発明においては、所定の入射角範囲を持った拡散光を厚みのある感光材料に投射し、拡散光束内の光相互の干渉縞を感光材料内に記録してなる光拡散素子を用い、所定の入射角範囲に対しては散乱するがそれ以外の角度では散乱することなく透過し、また、光分散、波長選択性も極めて少ない光拡散素子を用いるため、見る方向により向こう側が透けて見えたり見えなかったりする視線制御フィルム、投影スクリーン等に適用でき、また、画像表示システムに適用する場合には、特定の色味がかってしまったり、見る位置により色が変わってしまうという問題が生じない。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光拡散素子複合体の原理とその実施例、適用例を図面を参照にして説明する。
図1及び図2を用いて本発明において用いる光拡散素子の作製方法を説明する。
図1において、符号1は、フォトポリマー等の厚み(体積)のある感光材料であって、体積型干渉縞(ブラッグ格子)を記録できる感光材料である。また、符号2は、すりガラス、オパール板等の透過拡散板である。このような透過拡散板2を感光材料1に密着するか(図1(a))、感光材料1から所定の距離離間して対向するように配置して(図1(b))、透過拡散板2の感光材料1とは反対側からレーザー光3を入射させると、透過拡散板2の感光材料1側に拡散光(散乱光)4が出る。この拡散光4は感光材料1に入射し、その拡散光束内の光相互が干渉して多数の干渉縞が感光材料1内に記録される。
【0016】
図3(a)はその干渉縞5を模式的に示した断面図であり、図1の配置では、拡散光4の中心光線(主光線)は感光材料1に略垂直に入射するので、干渉縞5は、感光材料1の面に垂直な干渉縞を中心に略±Δの角度範囲内に種々の傾きを持つ多数の干渉縞が多重記録されてなるものである。もちろん、この略±Δの角度範囲は図3(a)の断面だけでなく、その断面に角度をなしているあらゆる断面についても同じである。
【0017】
したがって、図3(b)に示すように、このようにして記録作製された本発明の光拡散素子10に、その面に垂直な法線を中心とする立体角Ω(この角度範囲は、記録の際の拡散光4の角度範囲と略同じになる。)内に入射した光11は、この多重干渉縞5によって回折され、光拡散素子10の面に垂直な法線を中心とする立体角Φ内に分布する拡散光12となる。一方、立体角Ω外に入射した光13は多重干渉縞5によって回折されず、直通透過光14となる。すなわち、本発明の光拡散素子10は、記録の際の拡散光4の角度範囲によって決まる立体角Ω内に光11が入射すると、回折されて拡散するが、それ以外の角度から光13が入射すると、散乱されずに透過するため、透明になる。
【0018】
また、干渉縞5中の平均した干渉縞の方向は、光拡散素子10の面に垂直な法線方向と一致するので、この方向を中心とする立体角Ω内に光11が入射すると、光分散はほとんど発生せず、発生しても極めて少ない。また、同じ理由で波長選択性も極めて小さい。
【0019】
したがって、本発明の光拡散素子10は、▲1▼特定角度の入射光は散乱し、それ以外の角度からの光は透過し、透明に見える。▲2▼散乱される画像の色再現性はどこからでも良好で、色が着いて見えない、との特性を同時に持つ光拡散スクリーンとして使用できる。
【0020】
図2は、透過拡散板2の代わりに、マイクロレンズアレイ6を用いて、本発明の光拡散素子10を作製する方法を説明するための図であり、この場合は、マイクロレンズアレイ6を感光材料1に密着するか、感光材料1から所定の距離離間して対向するように配置して、マイクロレンズアレイ6の感光材料1とは反対側からレーザー光3を入射させ、マイクロレンズアレイ6の各微小レンズから感光材料1側へ出る発散光束7の群を感光材料1へ入射させ、その発散光束群内の光相互を干渉させて、図1の場合と同様に多数の干渉縞を感光材料1内に記録することにより本発明の光拡散素子10を作製する。
【0021】
ところで、以上の光拡散素子10は、光拡散素子10の面の法線を中心とする立体角Ω内に入射した光11を光拡散素子10の反対面側に拡散光12として散乱するものであったが、光拡散素子10の斜め方向から入射する光を反対面側の法線を中心とする立体角Φ内に散乱するものとするためには、光拡散素子10の入射側に光偏向素子を配置すればよい。その例を図4に示す。図4(a)に透過型ホログラム17からなる光偏向素子を示す。これは光偏向素子の斜め上方向から入射する光15を透過側の正面方向に向かう光に角度変換するものである。透過型ホログラム17は、2つの平行光を同じ側から相互に角度をなして入射させることにより作製されるものであり、特に、その記録材料として、光拡散素子10の場合と同様、厚みがあり体積型干渉縞を記録できる感光材料を用いる場合には、特定の斜め方向から入射する光のみを上記のように角度変換し、他の方向から入射する光は直通するので望ましい。
【0022】
このような光偏向素子17を光拡散素子10の入射側に密着するか距離を置いて配置すると(図4(b))、光拡散素子10の斜め上方向から入射する光15を透過側の正面方向に向かう拡散光12とすることができる。以下、このような光偏向素子17と光拡散素子10からなる素子を、本発明においては光拡散素子複合体10’と呼ぶ。なお、このような構成において、体積型で透過型ホログラム17を用いる場合には、所定の角度範囲の斜め方向から入射する光15は回折されて拡散するが、それ以外の角度から入射する光は散乱されずに透過する特性を有する。なお、以下の説明では、光拡散素子10として光拡散素子複合体10’も含むものとする。
【0023】
さて、本発明による光拡散素子10は、液晶表示装置等の画像表示装置の観察側に密着あるいは近接配置することにより、観察可能な角度範囲を拡大することができる。図5にその様子を示す。この図の例では画像表示装置として透過型カラー液晶表示装置を用いている。透過型カラー液晶表示装置20は、ツイストネマチック液晶等の液晶層26が透明ガラス板21と22の間に挟まれてなり、観察側の透明ガラス板21の液晶層26と接する面には、ストライプ状等に配置されたRGBからなるカラーフィルター23とその表面側に積層されたTFTを含む透明画素電極24とが設けられ、バックライト27側の透明ガラス板22の液晶層26と接する面には、共通対向電極25が設けられており、さらにそれら電極24、25表面には図示しない配向膜、ブラックマトリックス等が設けられている。画素電極24はR(赤色)、G(緑色)、B(青色)画素毎に独立に制御可能になっている。なお、透明画素電極24、透明共通対向電極25の代わりに、一方を透明信号電極、他方を透明走査電極とするマトリックス電極構造にすることもできる。また、液晶表示装置20の入射側及び射出側には液晶表示素子の動作原理に応じて図示しない偏光板が配置されている。
【0024】
このような透過型カラー液晶表示装置20においては、図5(a)に示すように、正面側から見て表示画像が観察できる角度範囲は図のθで示された狭い角度範囲に限定され、その角度範囲θの外の位置から観察すると、表示画像は見えない。
【0025】
しかし、図5(b)に示すように、本発明による光拡散素子10をこの透過型カラー液晶表示装置20の観察側に密着あるいは近接配置すると、バックライト27から透過型カラー液晶表示装置20の透明画素を経た光は、上記原理により拡散されるため、観察可能な角度範囲はθからα(α>θ)に拡大され、正面側から表示画像が見える角度範囲が広がる。
【0026】
次に、画像表示装置として反射型カラー液晶表示装置を用いる場合に、観察可能角度範囲を拡大する例を示す。図6(a)において、反射型カラー液晶表示装置30は、ツイストネマチック液晶等の液晶層36が透明ガラス板31とガラス板32の間に挟まれてなり、観察側の透明ガラス板31の液晶層36と接する面には、ストライプ状等に配置されたRGBからなるカラーフィルター33とその表面側に積層されたTFTを含む透明画素電極34とが設けられ、観察側と反対側のガラス板32の液晶層36と接する面には、共通対向電極を兼ねる金属反射層35が設けられており、さらにそれら電極34、35表面には図示しない配向膜、ブラックマトリックス等が設けられている。画素電極34はR(赤色)、G(緑色)、B(青色)画素毎に独立に制御可能になっている。なお、液晶表示装置30の入射側には液晶表示素子の動作原理に応じて図示しない偏光板が配置されている。
【0027】
このような反射型カラー液晶表示装置30の観察側に本発明による光拡散素子10を密着あるいは近接配置する。ただし、この例の場合は、光拡散素子10を作製するときの拡散光の中心光線は感光材料に対して斜めに配置され(後記の図8参照)、図6(a)のa方向近傍に入射する光のみを拡散するものである。この場合のa方向は、光拡散素子10の法線に対して10〜60°の角度範囲内にあることが望ましい。
【0028】
このような配置であるので、反射型カラー液晶表示装置30のa方向とは反対側の斜め前方から入射した外光38は、光拡散素子10で散乱されずに透過し、透明画素領域を通り、金属反射層35で正反射され、再び透明画素領域を通ってa方向に進み、光拡散素子10に入射して上記原理により拡散されるため、観察可能な角度範囲がαに拡大される。
【0029】
図6(b)は図6(a)の変形例であり、この反射型カラー液晶表示装置30’は、共通対向電極を兼ねる金属反射層35の代わりに、透明共通対向電極35’と、そのガラス板32側に配置された断面鋸歯状の反射層37とを用い、また、光拡散素子10はその面に垂直な方向近傍から入射する光のみを拡散するものとしている。この構成では、反射型カラー液晶表示装置30’の斜め前方から入射した外光38は、光拡散素子10で散乱されずに透過し、透明画素領域を通り、反射層37で正面方向へ反射され、再び透明画素領域を通って拡散素子10に入射し、上記原理により拡散されるため、観察可能な角度範囲がαに拡大される。この場合、外光38の入射範囲は、光拡散素子10の法線に対して10〜60°の間にあり、また、観察可能な角度範囲αは±30°程度あることが望ましい。
【0030】
また、本発明の光拡散素子10は、プロジェクターの透過型スクリーンに用いることができる。図7は、窓ガラス40に光拡散素子10を貼り付け、室内に設置したプロジェクター41からこの光拡散素子10上に画像を投影し、窓ガラス40の外側から見えるようにしたディスプレイであり、前記したように、光拡散素子10は所定の方向以外からは向こう側が透けて見えるので、室内からは窓ガラス40の外が見えるが、外の者からはプロジェクター41の投影画像が見え、覗き見防止ができる。
【0031】
図8に具体的に作製した光拡散素子の例を示す。
図8(a)に示すように、レーザー光源42として波長514nm、出力5Wのアルゴンレーザを用い、透過拡散板2として粗さ1000番、大きさ30×50cmのすりガラスを用い、感光材料1として大きさ30×50cmのデュポン社製ホログラム用フォトポリマーHRF600Xを用いて、透過拡散板2に対して感光材料1を35cm離して15°傾けて配置した。レーザー光源42からのレーザー光3を光学系43により発散光とし、透過拡散板2全面に照射し、透過した拡散光4を感光材料1に照射し、その後所定の方法でフイックスすることにより光拡散素子10が作製された。
【0032】
この光拡散素子10に対して、図8(b)に示すように、光軸が15°傾くようにプロジェクター41を設置し、光拡散素子10上に画像を投影したところ、明るさ、視域、色再現性共良好な画像が得られた。また、この光拡散素子10は透明性があり、横から見たときに向こう側を見ることができた。
【0033】
以上、本発明の光拡散素子をその原理と実施例、適用例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例等に限定されず種々の変形、適用が可能である。例えば、見る方向により向こう側が透けて見えたり見えなかったりする覗き見防止等の用途に適した視線制御フィルムにも適用できる。
【0034】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によると、所定の入射角範囲を持った拡散光を厚みのある感光材料に投射し、拡散光束内の光相互の干渉縞を感光材料内に記録してなる光拡散素子を用い、所定の入射角範囲に対しては散乱するがそれ以外の角度では散乱することなく透過し、また、光分散、波長選択性も極めて少ない光拡散素子を用いるため、見る方向により向こう側が透けて見えたり見えなかったりする視線制御フィルム、投影スクリーン等に適用でき、また、画像表示システムに適用する場合には、特定の色味がかってしまったり、見る位置により色が変わってしまうという問題が生じない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による光拡散素子の1つの作製方法を説明するための図である。
【図2】本発明による光拡散素子の別の作製方法を説明するための図である。
【図3】本発明による光拡散素子の原理と作用を説明するための図である。
【図4】光偏向素子と組み合わせた光拡散素子を説明するための図である。
【図5】透過型カラー液晶表示装置に本発明の光拡散素子を適用した場合の構成と作用を説明するための図である。
【図6】反射型カラー液晶表示装置に本発明の光拡散素子を適用した場合の構成と作用を説明するための図である。
【図7】本発明の光拡散素子を窓ガラスに適用した場合の作用を説明するための図である。
【図8】本発明の光拡散素子の1つの具体例を説明するための図である。
【符号の説明】
1…感光材料
2…透過拡散板
3…レーザー光
4…拡散光
5…干渉縞
6…マイクロレンズアレイ
7…発散光束
10…光拡散素子
11…入射光
12…拡散光
13…入射光
14…直通透過光
15…入射光
16…マイクロプリズムアレイ(光偏向素子)
17…透過型ホログラム(光偏向素子)
20…透過型カラー液晶表示装置
21、22…透明ガラス板
23…カラーフィルター
24…透明画素電極
26…液晶層
25…共通対向電極
27…バックライト
30、30’…反射型カラー液晶表示装置
31…透明ガラス板
32…ガラス板
33…カラーフィルター
34…透明画素電極
35…共通対向電極を兼ねる金属反射層
35’…透明共通対向電極
36…液晶層
38…外光
37…断面鋸歯状の反射層
40…窓ガラス
41…プロジェクター
42…レーザー光源
43…光学系
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a light diffusing element composite and an image display system using the same, and in particular, has a light scattering function represented by a viewing angle widening film of a direct-view display such as a transmission screen of a projector or a liquid crystal display device. The present invention relates to a light diffusing element complex and an image display system using the light diffusing element complex.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, the following elements have been known as elements having a light scattering function.
a. An element having a surface with fine irregularities b. Element in which fine particles having different refractive indexes are dispersed in a transparent material c. Hologram element recorded by interfering scattered light and reference light.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the principle of light scattering of the elements a and b is that the light beam is randomly bent by the fine irregularities and fine particles on the surface. Therefore, although the amount of scattering can be controlled to some extent, the scattered light cannot be controlled with high precision, such as concentrating the scattered light at a specific angle, and is scattered in an originally unnecessary direction, There was the fault that the utilization efficiency of light was bad. Moreover, since light from any direction is scattered, the transparency is poor. In particular, it is not suitable for applications such as “I want to scatter light in a certain direction but want to look transparent from the other directions”, for example, a window glass of a building.
[0004]
In the case of the hologram element that records the scattered light of c described above, the scattering angle can be controlled, and only light in a specific direction can be scattered by the angle selectivity specific to the hologram. However, the hologram has the characteristics of wavelength selectivity and light dispersibility, and this works as a defect. Wavelength selectivity is the property that only light of a specific wavelength is diffracted. For this reason, when dealing with a color image, there is a problem that light of a specific wavelength is emphasized and a specific color appears. . In addition, the light dispersibility is a property in which the angle at which the light is diffracted for each wavelength is different, so that there is a problem that the color changes depending on the viewing position.
[0005]
The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and its purpose is to scatter for a predetermined incident angle range but to transmit without scattering at other angles, It is an object to provide a light diffusing element composite with very little light dispersion and wavelength selectivity and an image display system using the same.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The light diffusing element composite of the present invention that achieves the above object projects diffused light having a predetermined incident angle range onto a photosensitive material having a thickness, and causes mutual interference fringes in the diffused light flux to enter the photosensitive material. Volume-type transmission type that has the function of converting the incident light at a predetermined incident angle to diffuse on the incident side of the recorded light diffusing element and diffusing incident light at other incident angles without diffusing it An optical deflection element made of a hologram is arranged.
[0010]
The image display system using the light diffusing element composite according to the present invention is such that the above light diffusing element composite is in close contact with or close to the observation side of the image display apparatus.
[0011]
In that case, the image display device may be a transmissive liquid crystal display device, a reflective liquid crystal display device, or the like.
[0012]
Moreover, the image display system which forms an image on the above light-diffusion element composite_body | complex may be sufficient.
[0013]
Furthermore, an image display system in which the above light diffusing element complex is provided on a window glass of a building, an image is formed thereon by a projector from one side, and observed from the other side may be used.
[0014]
In the present invention, a light diffusing element formed by projecting diffused light having a predetermined incident angle range onto a thick photosensitive material and recording mutual interference fringes in the diffused light beam in the photosensitive material is used. However, the other side of the incident angle range is not scattered, but the light diffuser and the wavelength selectivity are extremely low. The present invention can be applied to a line-of-sight control film, a projection screen, etc. that cannot be seen, and when applied to an image display system, there is no problem that a specific color is tinted or the color changes depending on the viewing position.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the principle of the light diffusing element composite according to the present invention, examples thereof, and application examples will be described with reference to the drawings.
A method for manufacturing a light diffusing element used in the present invention will be described with reference to FIGS.
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a photosensitive material having a thickness (volume) such as a photopolymer, which can record a volume interference fringe (Bragg grating). Reference numeral 2 denotes a transmission diffusion plate such as ground glass or an opal plate. Such a transmission diffusion plate 2 is in close contact with the photosensitive material 1 (FIG. 1A) or arranged so as to be opposed to the photosensitive material 1 with a predetermined distance (FIG. 1B) to transmit and diffuse. When the laser beam 3 is incident from the side of the plate 2 opposite to the photosensitive material 1, diffused light (scattered light) 4 is emitted to the photosensitive material 1 side of the transmission diffusion plate 2. The diffused light 4 is incident on the photosensitive material 1, and the light in the diffused light beam interferes to record a large number of interference fringes in the photosensitive material 1.
[0016]
FIG. 3A is a cross-sectional view schematically showing the interference fringes 5. In the arrangement of FIG. 1, the central ray (principal ray) of the diffused light 4 is incident on the photosensitive material 1 substantially perpendicularly. The fringes 5 are formed by multiple recording of a large number of interference fringes having various inclinations within an angle range of about ± Δ centering on the interference fringes perpendicular to the surface of the photosensitive material 1. Of course, the angle range of about ± Δ is the same not only for the cross section of FIG. 3A but also for all cross sections forming an angle with the cross section.
[0017]
Therefore, as shown in FIG. 3 (b), the light diffusing element 10 of the present invention recorded and produced in this way has a solid angle Ω centered on a normal line perpendicular to the surface (this angular range is recorded). The angle 11 of the diffused light 4 is approximately the same as the angle range of the diffused light 4 in this case.) The incident light 11 is diffracted by the multiple interference fringes 5 and has a solid angle centered on a normal normal to the surface of the light diffusing element 10. The diffused light 12 is distributed in Φ. On the other hand, the light 13 incident outside the solid angle Ω is not diffracted by the multiple interference fringes 5 but becomes the directly transmitted light 14. That is, in the light diffusing element 10 of the present invention, when the light 11 is incident within the solid angle Ω determined by the angle range of the diffused light 4 at the time of recording, the light 13 is diffracted and diffused, but the light 13 is incident from other angles. Then, since it is transmitted without being scattered, it becomes transparent.
[0018]
Moreover, since the direction of the average interference fringe in the interference fringe 5 coincides with the normal direction perpendicular to the surface of the light diffusing element 10, when the light 11 is incident within the solid angle Ω centered on this direction, the light Almost no dispersion occurs and very little occurs. For the same reason, the wavelength selectivity is very small.
[0019]
Therefore, in the light diffusing element 10 of the present invention, (1) incident light at a specific angle is scattered and light from other angles is transmitted and appears transparent. (2) The color reproducibility of the scattered image is good from anywhere and can be used as a light diffusing screen having the characteristics that the color is not visible and visible.
[0020]
FIG. 2 is a diagram for explaining a method of manufacturing the light diffusing element 10 of the present invention using the microlens array 6 instead of the transmissive diffusing plate 2. In this case, the microlens array 6 is exposed to light. The microlens array 6 is placed in close contact with the material 1 or opposed to the photosensitive material 1 so as to face the material 1 at a predetermined distance, and the laser light 3 is incident from the opposite side of the microlens array 6 to the photosensitive material 1. A group of divergent light beams 7 exiting from each microlens to the photosensitive material 1 side is made incident on the photosensitive material 1, and light in the divergent light beam group is caused to interfere with each other so that a large number of interference fringes are formed as in the case of FIG. By recording within 1, the light diffusing element 10 of the present invention is produced.
[0021]
By the way, the above light diffusing element 10 scatters light 11 incident within a solid angle Ω centered on the normal of the surface of the light diffusing element 10 as diffused light 12 on the opposite surface side of the light diffusing element 10. However, in order to scatter the light incident from the oblique direction of the light diffusing element 10 within the solid angle Φ centered on the normal line on the opposite surface side, the light is deflected toward the incident side of the light diffusing element 10. What is necessary is just to arrange | position an element. An example is shown in FIG. FIG. 4A shows an optical deflection element composed of the transmission hologram 17. This angle-converts the light 15 incident from an obliquely upward direction of the light deflection element into light directed in the front direction on the transmission side. The transmission hologram 17 is produced by allowing two parallel lights to enter each other at an angle from the same side. In particular, the recording material has a thickness as in the case of the light diffusing element 10. In the case of using a photosensitive material capable of recording volume interference fringes, it is desirable that only light incident from a specific oblique direction is angle-converted as described above, and light incident from other directions passes directly.
[0022]
When such a light deflection element 17 is placed in close contact with the incident side of the light diffusing element 10 or at a distance (FIG. 4B), the light 15 incident from an obliquely upward direction of the light diffusing element 10 is transmitted on the transmission side. It can be set as the diffused light 12 which goes to a front direction. Hereinafter, such an element composed of the light deflecting element 17 and the light diffusing element 10 is referred to as a light diffusing element complex 10 ′ in the present invention. In such a configuration, when the volume type transmission hologram 17 is used, the light 15 incident from an oblique direction within a predetermined angle range is diffracted and diffused, but the light incident from other angles is diffused. It has the property of transmitting without being scattered. In the following description, the light diffusing element 10 includes the light diffusing element complex 10 ′.
[0023]
Now, the light diffusing element 10 according to the present invention can expand the observable angle range by being closely or closely arranged on the observation side of an image display device such as a liquid crystal display device. This is shown in FIG. In the example of this figure, a transmissive color liquid crystal display device is used as the image display device. In the transmissive color liquid crystal display device 20, a liquid crystal layer 26 such as twisted nematic liquid crystal is sandwiched between transparent glass plates 21 and 22, and the surface in contact with the liquid crystal layer 26 of the transparent glass plate 21 on the observation side is striped. A color filter 23 composed of RGB arranged in a shape and a transparent pixel electrode 24 including TFTs laminated on the surface side thereof are provided, and a surface of the transparent glass plate 22 on the backlight 27 side in contact with the liquid crystal layer 26 is provided. A common counter electrode 25 is provided, and an alignment film, a black matrix, etc. (not shown) are provided on the surfaces of the electrodes 24 and 25. The pixel electrode 24 can be controlled independently for each of R (red), G (green), and B (blue) pixels. Instead of the transparent pixel electrode 24 and the transparent common counter electrode 25, a matrix electrode structure in which one is a transparent signal electrode and the other is a transparent scanning electrode may be used. Further, polarizing plates (not shown) are arranged on the incident side and the emission side of the liquid crystal display device 20 in accordance with the operation principle of the liquid crystal display element.
[0024]
In such a transmissive color liquid crystal display device 20, as shown in FIG. 5A, the angle range in which the display image can be observed when viewed from the front side is limited to the narrow angle range indicated by θ in the figure, When viewed from a position outside the angular range θ, the display image cannot be seen.
[0025]
However, as shown in FIG. 5B, when the light diffusing element 10 according to the present invention is disposed in close contact with or close to the observation side of the transmissive color liquid crystal display device 20, the backlight 27 can transmit the transmissive color liquid crystal display device 20. Since the light passing through the transparent pixels is diffused according to the above principle, the observable angle range is expanded from θ to α (α> θ), and the angle range where the display image can be viewed from the front side is expanded.
[0026]
Next, an example of expanding the observable angle range when a reflective color liquid crystal display device is used as the image display device will be described. 6A, the reflective color liquid crystal display device 30 includes a liquid crystal layer 36 such as twisted nematic liquid crystal sandwiched between a transparent glass plate 31 and a glass plate 32, and the liquid crystal of the transparent glass plate 31 on the observation side. On the surface in contact with the layer 36, there are provided a color filter 33 made of RGB arranged in a stripe shape and the like, and a transparent pixel electrode 34 including TFTs laminated on the surface side thereof, and a glass plate 32 on the opposite side to the observation side. A metal reflective layer 35 also serving as a common counter electrode is provided on the surface in contact with the liquid crystal layer 36, and an alignment film, a black matrix, etc. (not shown) are provided on the surfaces of the electrodes 34 and 35. The pixel electrode 34 can be controlled independently for each of R (red), G (green), and B (blue) pixels. A polarizing plate (not shown) is arranged on the incident side of the liquid crystal display device 30 according to the operation principle of the liquid crystal display element.
[0027]
The light diffusing element 10 according to the present invention is placed in close contact or close to the observation side of the reflective color liquid crystal display device 30. However, in the case of this example, the central ray of the diffused light when producing the light diffusing element 10 is arranged obliquely with respect to the photosensitive material (see FIG. 8 to be described later), and in the vicinity of the a direction in FIG. Only incident light is diffused. In this case, the a direction is preferably within an angle range of 10 to 60 ° with respect to the normal line of the light diffusing element 10.
[0028]
Due to such an arrangement, the external light 38 incident from an oblique front opposite to the direction a of the reflective color liquid crystal display device 30 is transmitted without being scattered by the light diffusing element 10 and passes through the transparent pixel region. Since the light is regularly reflected by the metal reflection layer 35, passes again through the transparent pixel region in the direction a, enters the light diffusing element 10, and is diffused according to the above principle, the observable angular range is expanded to α.
[0029]
FIG. 6B is a modification of FIG. 6A, and this reflective color liquid crystal display device 30 ′ includes a transparent common counter electrode 35 ′ instead of the metal reflective layer 35 serving also as a common counter electrode, The reflection layer 37 having a sawtooth cross section disposed on the glass plate 32 side is used, and the light diffusing element 10 diffuses only light incident from the vicinity of the direction perpendicular to the surface. In this configuration, external light 38 incident from obliquely forward of the reflective color liquid crystal display device 30 ′ is transmitted without being scattered by the light diffusing element 10, passes through the transparent pixel region, and is reflected in the front direction by the reflective layer 37. Since the light passes through the transparent pixel region and enters the diffusing element 10 and is diffused by the above principle, the observable angle range is expanded to α. In this case, the incident range of the external light 38 is preferably between 10 and 60 ° with respect to the normal line of the light diffusing element 10, and the observable angle range α is preferably about ± 30 °.
[0030]
Further, the light diffusing element 10 of the present invention can be used for a transmissive screen of a projector. FIG. 7 shows a display in which the light diffusing element 10 is attached to the window glass 40, an image is projected on the light diffusing element 10 from a projector 41 installed in the room, and is visible from the outside of the window glass 40. As described above, since the light diffusing element 10 can be seen from the other side except from a predetermined direction, the outside of the window glass 40 can be seen from the room, but the outside person can see the projection image of the projector 41 and prevent peeping. Can do.
[0031]
FIG. 8 shows an example of a light diffusing element specifically manufactured.
As shown in FIG. 8A, an argon laser having a wavelength of 514 nm and an output of 5 W is used as the laser light source 42, a ground glass having a roughness of 1000 and a size of 30 × 50 cm is used as the transmission diffusion plate 2, and the photosensitive material 1 is large. Using a photopolymer HRF600X for holograms manufactured by DuPont having a size of 30 × 50 cm, the photosensitive material 1 was disposed at an angle of 15 ° with respect to the transmission diffusion plate 2 by 35 cm. The laser light 3 from the laser light source 42 is diverged by the optical system 43, irradiated to the entire surface of the transmissive diffusion plate 2, and the diffused light 4 that has been transmitted is irradiated to the photosensitive material 1, and then light diffusion is performed by a predetermined method. Element 10 was fabricated.
[0032]
As shown in FIG. 8B, a projector 41 is installed with respect to the light diffusing element 10 so that the optical axis is inclined by 15 °, and an image is projected onto the light diffusing element 10. An image with good color reproducibility was obtained. Further, the light diffusing element 10 was transparent, and the other side could be seen when viewed from the side.
[0033]
Although the light diffusing element of the present invention has been described based on the principle, examples, and application examples, the present invention is not limited to these examples and can be variously modified and applied. For example, the present invention can also be applied to a line-of-sight control film suitable for applications such as peep prevention in which the other side can be seen through or not visible depending on the viewing direction.
[0034]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the present invention, diffused light having a predetermined incident angle range is projected onto a photosensitive material having a thickness, and interference fringes of light in the diffused light beam are recorded in the photosensitive material. Because it uses a light diffusing element that scatters within a predetermined incident angle range but transmits without scattering at other angles, and uses light diffusing elements that have very little light dispersion and wavelength selectivity. It can be applied to line-of-sight control films, projection screens, etc., where the other side can be seen or not seen through depending on the viewing direction, and when applied to an image display system, the specific color may be tinted or the color may vary depending on the viewing position. The problem of changing does not occur.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining one method of manufacturing a light diffusing element according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining another method of manufacturing a light diffusing element according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining the principle and operation of a light diffusing element according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining a light diffusing element combined with a light deflecting element;
FIG. 5 is a diagram for explaining the configuration and operation when the light diffusing element of the present invention is applied to a transmissive color liquid crystal display device.
FIG. 6 is a diagram for explaining the configuration and operation when the light diffusing element of the present invention is applied to a reflective color liquid crystal display device.
FIG. 7 is a diagram for explaining the operation when the light diffusing element of the present invention is applied to a window glass.
FIG. 8 is a diagram for explaining one specific example of the light diffusing element of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Photosensitive material 2 ... Transmission diffuser plate 3 ... Laser light 4 ... Diffused light 5 ... Interference fringe 6 ... Micro lens array 7 ... Diverging light beam 10 ... Light diffusing element 11 ... Incident light 12 ... Diffused light 13 ... Incident light 14 ... Direct transmission Transmitted light 15 ... incident light 16 ... microprism array (light deflection element)
17. Transmission hologram (light deflection element)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Transmission type color liquid crystal display device 21,22 ... Transparent glass plate 23 ... Color filter 24 ... Transparent pixel electrode 26 ... Liquid crystal layer 25 ... Common counter electrode 27 ... Backlight 30, 30 '... Reflection type color liquid crystal display device 31 ... Transparent glass plate 32 ... Glass plate 33 ... Color filter 34 ... Transparent pixel electrode 35 ... Metal reflective layer 35 'also serving as a common counter electrode ... Transparent common counter electrode 36 ... Liquid crystal layer 38 ... External light 37 ... Reflective layer 40 having a sawtooth cross section ... Window glass 41 ... Projector 42 ... Laser light source 43 ... Optical system

Claims (6)

所定の入射角範囲を持った拡散光を厚みのある感光材料に投射し、拡散光束内の光相互の干渉縞を前記感光材料内に記録してなる光拡散素子の入射側に所定入射角の入射光の角度を変換して拡散し、それ以外の入射角の入射光を拡散させずに透過する機能を有する体積型の透過型ホログラムからなる光偏向素子が配置されてなること特徴とする光拡散素子複合体A diffused light having a predetermined incident angle range is projected onto a photosensitive material having a thickness, and a mutual incident fringe in the diffused light beam is recorded on the incident side of the light diffusing element. An optical deflecting element comprising a volume type transmission hologram having a function of transmitting the incident light with a different incident angle without diffusing the incident light is disposed. Light diffusion element composite . 請求項1記載の光拡散素子複合体を画像表示装置の観察側に密着あるいは近接配置したことを特徴とする画像表示システム。An image display system, wherein the light diffusing element complex according to claim 1 is disposed in close contact with or close to the observation side of the image display device. 前記画像表示装置が透過型液晶表示装置であることを特徴とする請求項2記載の画像表示システム。  3. The image display system according to claim 2, wherein the image display device is a transmissive liquid crystal display device. 前記画像表示装置が反射型液晶表示装置であることを特徴とする請求項2記載の画像表示システム。  3. The image display system according to claim 2, wherein the image display device is a reflective liquid crystal display device. 請求項1記載の光拡散素子複合体上に画像を結像させることを特徴とする画像表示システム。An image display system, wherein an image is formed on the light diffusing element complex according to claim 1. 建物の窓ガラスに請求項1記載の光拡散素子複合体を設け、その一方の側からプロジェクターにより画像をその上に結像させ、その他方の側から観察することを特徴とする画像表示システム。An image display system comprising: a light diffusing element composite according to claim 1 provided on a window glass of a building; an image is formed on the image by a projector from one side; and the image is observed from the other side.
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