JP2012220540A - Transmission screen and image display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、機器から投影される映像を、スクリーンを挟んで機器の反対側から視認できる透過型スクリーン、および、その透過型スクリーンを用いた映像表示装置に関する。 The present invention relates to a transmissive screen in which an image projected from a device can be viewed from the opposite side of the device across the screen, and an image display device using the transmissive screen.
スクリーンの背面からプロジェクタによる映像を投射し、スクリーンの前面に映像表示を行うことができるリアタイプのスクリーンが知られている。一般的なスクリーンを用いる場合、スクリーンの前面から映像を映写することで、スクリーン上に映像を表示する。一方、透過型スクリーンでは、プロジェクタがスクリーンの背面に設置されるため、プロジェクタ自体が邪魔になることがなく、人の移動などにより投射される映像が遮られないという利点がある。 2. Description of the Related Art A rear type screen that can project an image from a projector from the back of the screen and display an image on the front of the screen is known. When a general screen is used, the image is displayed on the screen by projecting the image from the front of the screen. On the other hand, the transmissive screen has an advantage that the projector itself is not obstructed because the projector is installed on the back of the screen, and the projected image is not obstructed by the movement of a person.
また、特許文献1には、プロジェクタによる投影システムが記載されている。特許文献1に記載された投影システムでは、複数(第1,第2)の調光ガラススクリーンを備えている。プロジェクタからの映像等を第1スクリーンに投影する場合、第1スクリーンを不透明状態にする。また、第2スクリーンに映像等を投影しない場合、第2スクリーンを透明状態にすることで、スクリーン後方の様子を視認可能にする。
プロジェクタからの映像を投影するスクリーンには、一般に、不透明状態のスクリーンが用いられる。そのため、映像の投影中は、スクリーン後方の様子を視認することはできない。これは、透過型スクリーンについても同様である。 In general, an opaque screen is used as a screen for projecting an image from a projector. Therefore, the state behind the screen cannot be visually recognized during the projection of the video. The same applies to the transmissive screen.
一方、特許文献1に記載された投影システムでは、映像等を投影しないスクリーンの部分は透明状態にできるが、映像を投影している部分は不透明状態にする必要がある。そのため、投影している映像とともに、スクリーン後方の状態を視認可能にすることは困難である。
On the other hand, in the projection system described in
しかし、プロジェクタから投影される映像をスクリーン後方の様子とともに表示したいとするニーズは多い。そのため、投影される映像を表示可能な高い透過性を備えるスクリーンが望まれている。 However, there are many needs to display the image projected from the projector along with the state behind the screen. Therefore, a screen having high transparency capable of displaying a projected image is desired.
そこで、本発明は、高い透過性を維持しつつ、投射される映像を表示できる透過型スクリーン、および、その透過型スクリーンを用いた映像表示装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a transmissive screen capable of displaying a projected image while maintaining high transparency, and an image display device using the transmissive screen.
本発明による透過型スクリーンは、映像投射装置から投射される映像を表示する透過型スクリーンであって、液晶/高分子複合体層が透明な一対の電極付き基板間に挟持され、印加される電圧に応じて、光透過状態と光散乱状態との中間的な状態をとることができる液晶素子を備え、液晶素子が、中間的な状態で映像投射装置から投射される映像の光を散乱させて、その投射される面とは反対側の面に映像を表示することを特徴とする。 A transmissive screen according to the present invention is a transmissive screen for displaying an image projected from a video projection device, and a liquid crystal / polymer composite layer is sandwiched between a pair of transparent substrates with electrodes and applied voltage. And a liquid crystal element capable of taking an intermediate state between the light transmission state and the light scattering state, and the liquid crystal element scatters the light of the image projected from the video projection device in the intermediate state. The image is displayed on the surface opposite to the projected surface.
透過型スクリーンが、液晶/高分子複合体層を挟持する電極をパルス幅変調方式で駆動する駆動回路を備え、駆動回路が液晶素子を光透過状態と光散乱状態との中間的な状態にするパルス幅で電極を駆動するように構成されていてもよい。 The transmissive screen includes a drive circuit that drives an electrode sandwiching the liquid crystal / polymer composite layer by a pulse width modulation method, and the drive circuit places the liquid crystal element in an intermediate state between a light transmission state and a light scattering state. The electrode may be configured to be driven with a pulse width.
液晶素子は、光透過状態と光散乱状態との中間的な状態として、透過率が60%以上70%以下の状態をとることが好ましい。 The liquid crystal element preferably has a transmittance of 60% to 70% as an intermediate state between the light transmission state and the light scattering state.
本発明による映像表示装置は、車内の前方から後方に向けて映像を投射する映像投射装置と、映像投影装置から投射される映像を表示する透過型スクリーンとを備え、透過型スクリーンが、液晶/高分子複合体層が透明な一対の電極付き基板間に挟持され、印加される電圧に応じて、光透過状態と光散乱状態との中間的な状態をとることができる液晶素子を含み、液晶素子が、中間的な状態で映像投射装置から投射される映像の光を散乱させて、その投射される面とは反対側の面に映像を表示することを特徴とする。 An image display device according to the present invention includes an image projection device that projects an image from the front to the rear in a vehicle, and a transmission screen that displays an image projected from the image projection device. A liquid crystal element including a liquid crystal element in which a polymer composite layer is sandwiched between a pair of transparent substrates with electrodes and can take an intermediate state between a light transmission state and a light scattering state according to an applied voltage. The element scatters light of an image projected from the image projection device in an intermediate state, and displays an image on a surface opposite to the projected surface.
本発明によれば、高い透過性を維持しつつ、投射される映像を表示できる。 According to the present invention, it is possible to display a projected image while maintaining high transparency.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明による透過型スクリーンの一例を示す模式的外観図である。図1に例示する透過型スクリーン10は、外部からの信号等に基づく透明電極への電圧印加の有無によって、光透過状態と光散乱状態とを切り替えることができる液晶素子1と、液晶素子1に接続される駆動回路4とを備えている。また、少なくとも液晶素子1が入射した光を散乱させる状態にあるときに、映像投射装置2(以下、プロジェクタ2と記す。)が液晶素子1の一方の面に対して映像を投影すると、観察者3は、投影された映像を液晶素子1の他方の面から観察する。
FIG. 1 is a schematic external view showing an example of a transmission screen according to the present invention. A
なお、図1に示す例では、液晶素子1を挟んで観察者3の正面にプロジェクタ2が配置されている場合を例示しているが、プロジェクタ2の配置は、観察者3の正面に限定されない。プロジェクタ2の配置は、液晶素子1の一方の面(観察者3が観察する面とは反対の面)に映像を投影できる位置であれば、いずれの位置であってもよい。
In the example illustrated in FIG. 1, the
液晶素子1において、光散乱状態に制御する領域には、透明電極が形成される。透明電極は、駆動回路4によって駆動される。具体的には、駆動回路4は、パルス幅変調(PWM:Pulse Width Modulation)方式を用いて、透明電極に印加する電圧を制御する。なお、駆動回路4が印加する電圧は、例えば、利用者等により状況に応じて調整される。
In the
図2は、液晶素子1の一構成例を示す模式的断面図である。図2において、一対の基板101,108の相対する面には、透明電極102,107が設けられる。さらに内側には配向膜103,106が設けられる。そして、配向膜103,106の間に、液晶を含み、スペーサ(図示せず)によって厚みが制御された液晶層104が挟持される。そして、シール層105によって液晶層104が封止される。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration example of the
基板101,108の材質は、透明性が確保できれば特に限定されない。基板101,108として、ガラス基板やプラスチック基板を使用できる。また、液晶素子1の形状は、平面状である必要はなく湾曲していてもよい。
The materials of the
また、基板101,108上に設けられる透明電極102,107として、ITO(酸化インジウム−酸化錫)のような金属酸化物などの透明な電極材料を使用できる。以下、透明電極102,107が設けられた基板101,108を電極付き基板という。
Further, as the
光透過状態と光散乱状態をとることができる液晶層104は、透明な一対の電極付き基板間に、液晶とその液晶に溶解可能な硬化性化合物とを含有する組成物(以下、未硬化組成物ともいう)を挟持させ、熱や紫外線、電子線などの手段を用いて硬化性化合物を硬化させて形成される液晶層であることが好ましい。このような液晶と硬化性化合物との複合体からなる液晶を、以下、液晶/高分子複合体ともいう。このような未硬化組成物を使用することで、透過状態のとき、正面方向だけでなく、斜め方向からみてもヘイズ値を低く抑えることができる。
The
液晶/高分子複合体に用いる液晶としては、誘電異方性が正でも負でもよいが、透過状態と光散乱状態の切り替えに要する応答時間を短くするためには、液晶の粘度が低く、さらに誘電異方性が負の液晶を用いることが好ましい。なお、液晶として硬化性ではない化合物が使用される。また、硬化性化合物は液晶性を有していてもよい。 The liquid crystal used in the liquid crystal / polymer composite may have either positive or negative dielectric anisotropy, but in order to shorten the response time required for switching between the transmission state and the light scattering state, the viscosity of the liquid crystal is low. It is preferable to use a liquid crystal having a negative dielectric anisotropy. A compound that is not curable is used as the liquid crystal. Moreover, the curable compound may have liquid crystallinity.
誘電率異方性が負の液晶を使用する場合には、電極付き基板において、液晶層104と接触する側に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、配向欠陥を少なくでき、透明性が向上するため好ましい。この場合、ラビング処理を施さなくてもよい。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、プレチルト角を、基板表面に垂直の方向を90度として規定する。
In the case where a liquid crystal having a negative dielectric anisotropy is used, in the substrate with electrodes, a treatment is performed so that the pretilt angle of liquid crystal molecules is 60 degrees or more with respect to the substrate surface on the side in contact with the
液晶層104を形成する液晶/高分子複合体を構成する液晶として、公知の液晶から適宜選択できる。配向膜103,106により未硬化組成物のプレチルト角を制御することができる電極付き基板を用いることによって、誘電率異方性が正の液晶も誘電率異方性が負の液晶も使用可能であるが、より高い透明性や応答速度の面では誘電率異方性が負の液晶が好ましい。配向膜にラビング処理を施すこともできる。また、駆動電圧を低下させるためには誘電率異方性の絶対値が大きい方が好ましい。
The liquid crystal constituting the liquid crystal / polymer composite forming the
また、液晶/高分子複合体を構成する硬化性化合物も透明性を有することが好ましい。さらに、硬化後に、電圧を印加したときに液晶のみが応答するように液晶と硬化性化合物とが分離していると、駆動電圧を下げることができるので好ましい。 Further, the curable compound constituting the liquid crystal / polymer composite preferably has transparency. Furthermore, it is preferable that the liquid crystal and the curable compound are separated so that only the liquid crystal responds when a voltage is applied after curing, because the driving voltage can be lowered.
本発明では、液晶に溶解可能な硬化性化合物のうち、未硬化時の液晶と硬化性化合物との混合物の配向状態を制御可能であって、硬化する際に高い透明性を保持できる硬化性化合物が使用される。 In the present invention, among the curable compounds that can be dissolved in the liquid crystal, the curable compound that can control the alignment state of the mixture of the liquid crystal and the curable compound when uncured and can maintain high transparency when cured. Is used.
硬化性化合物として、式(1)の化合物や式(2)の化合物を例示できる。
A1−O−(R1)m―O―Z―O―(R2)nO―A2 ・・・式(1)
A3−(OR3)o―O―Z’―O―(R4O)p―A4 ・・・式(2)
Examples of the curable compound include a compound of formula (1) and a compound of formula (2).
A 1 —O— (R 1 ) m —O—Z—O— (R 2 ) n O—A 2 Formula (1)
A 3- (OR 3 ) o —O—Z′—O— (R 4 O) p —A 4 ... (2)
ここで、A1,A2,A3,A4のそれぞれは、独立的に、硬化部位となるアクリロイル基、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のそれぞれは、独立的に、炭素数2〜6のアルキレン基であり、Z,Z’のそれぞれは、独立的に、2価のメソゲン構造部であり、m,n,o,pのそれぞれは、独立的に、1〜10の整数である。ここで、「独立的に」とは、組み合わせが任意であって、どのような組み合わせも可能であることを意味する。 Here, each of A 1 , A 2 , A 3 , and A 4 is independently an acryloyl group, methacryloyl group, glycidyl group, or allyl group that becomes a curing site, and R 1 , R 2 , R 3 , R Each of 4 is independently an alkylene group having 2 to 6 carbon atoms, each of Z and Z ′ is independently a divalent mesogenic structure, and each of m, n, o, and p Is independently an integer from 1 to 10. Here, “independently” means that the combination is arbitrary and any combination is possible.
式(1)および式(2)におけるメソゲン構造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によって、硬化時に、硬化過程において硬化部位の分子運動性を向上でき、短時間で十分に硬化させることが可能になる。 Molecular motion including R 1 , R 2 , R 3 , R 4 between the mesogenic structures Z, Z ′ and the cured sites A 1 , A 2 , A 3 , A 4 in the formulas (1) and (2) By introducing a highly functional oxyalkylene structure, the molecular mobility of the cured site can be improved during the curing process during curing, and it can be sufficiently cured in a short time.
式(1)および式(2)における硬化部位A1,A2,A3,A4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、メタクリロイル基であることが好ましい。 The curing sites A 1 , A 2 , A 3 , and A 4 in the formulas (1) and (2) may be any functional group as long as they can be photocured or thermally cured. It is preferable that it is an acryloyl group and a methacryloyl group suitable for photocuring.
式(1)および式(2)における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 carbon number of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 in formula (1) and formula (2) is preferably 1 to 6 from the viewpoint of molecular mobility, and an ethylene group having 2 carbon atoms and 3 carbon atoms. The propylene group is more preferable.
式(1)および式(2)におけるメソゲン構造部Z,Z’として、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。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、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. A part or all of the 1,4-phenylene group may be substituted with a 1,4-cyclohexylene group. In addition, some or all of the hydrogen atoms of the 1,4-phenylene group or the substituted 1,4-cyclohexylene group are substituted with alkyl groups having 1 to 2 carbon atoms, halogen atoms, carboxyl groups, alkoxycarbonyl groups, or the like. It may be substituted with a group.
好ましいメソゲン構造部Z,Z’として、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、塩素原子また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。 As preferable mesogen structure parts Z and Z ′, a biphenylene group in which two 1,4-phenylene groups are linked (hereinafter, a biphenylene group in which two 1,4-phenylene groups are linked is also referred to as a 4,4-biphenylene group). Examples include three linked terphenylene groups, and 1 to 4 of these hydrogen atoms 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.
式(1)および式(2)におけるm,n,o,pは、それぞれ独立的に、1〜10であることが好ましく、1〜4がさらに好ましい。あまり大きいと液晶との相溶性が低下し、硬化後の電気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. This is because if it is too large, the compatibility with the liquid crystal is lowered and the transparency of the electro-optical element after curing is lowered.
図3に、本発明において使用できる硬化性化合物の例を示す。液晶と硬化性化合物とを含有する組成物は、式(1),(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。例えば、未硬化組成物に、式(1)および式(2)において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。 FIG. 3 shows examples of curable compounds that can be used in the present invention. The composition containing a liquid crystal and a curable compound may contain a plurality of curable compounds including the curable compounds represented by the formulas (1) and (2). For example, when the uncured composition contains a plurality of curable compounds having different m, n, o, and p in the formulas (1) and (2), the compatibility with the liquid crystal may be improved. is there.
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性樹脂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を使用することもできる。 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 photocurable resins 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, a curing aid such as amines can be added. It can also 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0.1〜5重量%とすることがさらに好ましい。 The content of the curing catalyst is preferably 20% by weight or less of the curable compound to be contained, and more preferably 0.1 to 5% by weight when a high molecular weight or high specific resistance of the cured resin is required after curing. .
硬化性化合物の総量は、未硬化組成物に対して0.1〜20質量%であることが好ましい。0.1質量%未満では、液晶層を硬化性化合物により効果的な形状のドメイン構造に分割することができず、所望の透過−散乱特性を得ることができない。一方、20質量%を越えると、一般的な高分子分散型液晶素子と同様に透過状態でのヘイズ値が増大しやすくなる。また、さらに好ましくは、未硬化組成物中の硬化性化合物の含有率が0.5〜15質量%であり、光散乱状態での散乱強度を高く、透過−散乱が切り替わる電圧値を低くすることができる。 The total amount of the curable compound is preferably 0.1 to 20% by mass with respect to the uncured composition. If it is less than 0.1% by mass, the liquid crystal layer cannot be divided into domain structures having an effective shape by the curable compound, and desired transmission-scattering characteristics cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 20% by mass, the haze value in the transmissive state tends to increase as in the case of a general polymer dispersed liquid crystal element. More preferably, the content of the curable compound in the uncured composition is 0.5 to 15% by mass, the scattering intensity in the light scattering state is high, and the voltage value at which transmission-scattering is switched is low. Can do.
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、垂直配向剤を使用する方法がある。垂直配向剤を使用する方法として、例えば、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界面を処理する方法、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101,108に対して斜めに印加されるように、透明電極101,107にスリットを設けたり、電極101,107上に三角柱を配置したりする方法を採用してもよい。また、特定方向に液晶分子を倒すような手段を用いなくてもよい。
As a processing 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. As a method using a vertical alignment agent, for example, a method using a surfactant, a method of treating a substrate interface with a silane coupling agent containing an alkyl group or a fluoroalkyl group, or SE1211 or JSR manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd. There is a method using a commercially available vertical alignment agent such as JALS-682-R3 manufactured by the company. 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. Further, a method may be employed in which a slit is provided in the
二つの基板101,108間にある液晶層104の厚さを、スペーサ等で規定することができる。その厚さは1〜50μmが好ましく、3〜30μmがさらに好ましい。液晶層104の厚さが薄すぎるとコントラストが低下し、厚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
シール層105として、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、全面に亘って液晶素子の透明感を高めることができる。
Any known material can be used as the
以上のように作製された液晶素子1は、光透過状態と光散乱状態との間の応答時間が5msよりも短く非常に速い応答速度を実現することができる。また、一般的な高分子分散型液晶素子による透過散乱モードと比べると視野角依存性が良好であり、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。例えば、上記の液晶/高分子複合体を使用した場合、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できる。
The
液晶素子1のサイズとして、対角線の長さが1cm程度のものから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。
As the size of the
透過型スクリーン10において、液晶素子1を複数枚用いてもよい。また、液晶素子1に対する耐衝撃性を増すために、上下の基板101,108を固定させてもよい。
In the
液晶素子1の表裏の表面には、反射防止膜または紫外線遮断膜を設けることが好ましい。例えば、液晶素子1の表裏に、SiO2やTiO2などの誘電体多層膜よりなるARコート(低反射コート)処理を施すことにより、基板表面での外光の反射を減らすことができ、コントラストをより向上させることができる。
It is preferable to provide an antireflection film or an ultraviolet blocking film on the front and back surfaces of the
上述する液晶素子1において、透明電極102,107に電位が設定されると、透明電極間の液晶に、その電位差に相当する電圧が印加されることになる。図4は、上記のように作製された液晶素子1の印加電圧(実効値)に対する透過率を示す説明図である。
In the
図4に例示するグラフの実線は、本発明で用いられる液晶素子1について集光角5°のシュリーレン光学系による透過率の電圧依存性を測定した結果を示す。また、図4に例示するグラフの破線は、本発明で用いられる液晶素子1の全透過率を測定した結果を示す。ここで、図4に例示する各透過率の測定方法について説明する。
The solid line of the graph illustrated in FIG. 4 shows the result of measuring the voltage dependency of the transmittance of the
図5は、シュリーレン系光学系測定器の構成例を示す説明図である。図4に例示するグラフの実線は、図5に例示する測定器を用いて測定した、集光角5°のシュリーレン光学系における透過率の電圧依存性変化である。 FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating a configuration example of a schlieren optical system measuring instrument. The solid line in the graph illustrated in FIG. 4 is a voltage-dependent change in transmittance in a schlieren optical system with a collection angle of 5 °, measured using the measuring device illustrated in FIG.
具体的には、液晶素子(以下、サンプルと記すこともある。)が透過状態のときの光強度T0と、透過状態でない時の光強度Tとの比T/T0を算出することで、光散乱の程度を測定する。なお、本測定において、サンプルを入れずに測定した光強度をT0としている。 Specifically, by calculating the ratio T / T0 between the light intensity T0 when the liquid crystal element (hereinafter, also referred to as a sample) is in the transmissive state and the light intensity T when the liquid crystal element is not in the transmissive state, Measure the degree of scattering. In this measurement, the light intensity measured without putting a sample is T0.
図5に例示するシュリーレン光学系測定器において、光源から出射された光は、Lens1でコリメートされ、その光がサンプルを通過する際に散乱を受ける。散乱角5°(±2.5°)以上に拡散した光は、絞り(Aperture)で遮られて、ディテクター(Detector)に到達しない。すなわち、本測定法では、サンプルにより散乱された光のうち、散乱角5°以上の光は検出器に入らないため、散乱の度合いが大きいと透過率が低くなる。
In the Schlieren optical system measuring device illustrated in FIG. 5, the light emitted from the light source is collimated by
本発明における液晶素子の透過状態(すなわち、電圧印加ゼロ)で透過率を測定した結果、ガラス基板2枚の2面の空気とガラスの界面の反射、ガラスと液晶材料の界面の反射と液晶材料に起因する吸収の影響で、透過率は83%であった。この状態から、液晶素子に駆動周波数200Hzの矩形波で電圧値を上げていくと、印加電圧15Vから光散乱が発生し、40Vでほぼ散乱特性が飽和する。 As a result of measuring the transmittance in the transmissive state of the liquid crystal element in the present invention (that is, no voltage application), the reflection at the interface between the air and the glass on the two surfaces of the two glass substrates, the reflection at the interface between the glass and the liquid crystal material, and the liquid crystal material The transmittance was 83% due to the influence of absorption due to the above. From this state, when the voltage value of the liquid crystal element is increased by a rectangular wave with a driving frequency of 200 Hz, light scattering occurs from the applied voltage 15V, and the scattering characteristics are almost saturated at 40V.
以上のように、液晶素子1は、光透過状態と光散乱状態をとることができる液晶層104に所定の電圧(例えば、60V)が印加されているときに光散乱状態となり、液晶層104に対して電圧無印加のときに光透過状態となる。また、印加電圧(実効値)が0Vと60Vとの中間的な値(例えば、18V〜35V程度)であるときに、液晶素子1は、光透過状態と光散乱状態との中間的な状態(中間状態)をとる。
As described above, the
液晶素子1を光散乱状態にして、プロジェクタ2から液晶素子1の一方の面に映像を表す光を投影すると、液晶素子1がその光を散乱させることにより、コントラストの高い(ハイコントラストの)映像が表示される。このようにして、観察者3は、液晶素子1の他方の面からその映像を観察することができるようになる。
When the
なお、本実施形態では、スクリーンの透過性を維持するため、液晶素子1の中間状態のうち、光透過状態に近い状態(微散乱状態)にする。このとき、透過率を上げ過ぎると、透過性は向上するがコントラストが低下してしまい、透過率を下げ過ぎると、コントラストは高くなるが透過性が低下してしまう。そのため、透過率は、60%以上70%以下が好ましい。図4に示す例では、印加電圧(実効値)が23V程度であるときに、液晶素子1の透過率が70%程度になる。
In the present embodiment, in order to maintain the transparency of the screen, the intermediate state of the
図6は、全透過率を測定する際に利用される積分球の例を示す説明図である。図4に例示するグラフの破線は、図6に例示する測定器を用いて測定した、本発明における液晶素子の全光線透過率である。 FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of an integrating sphere used when measuring the total transmittance. The broken line in the graph illustrated in FIG. 4 is the total light transmittance of the liquid crystal element according to the present invention, measured using the measuring device illustrated in FIG.
図6に例示する積分球を用いる測定法では、液晶素子の光出射面に可視光用の積分球の計測窓を接して、液晶素子を透過した光をすべて検出器に導くことにより、全透過率を測定する。ここでも、液晶素子を設置せずに測定した場合の透過率T0と、透過状態でない時の光強度Tとの比T/T0を全透過率とする。 In the measuring method using the integrating sphere illustrated in FIG. 6, the measuring window of the integrating sphere for visible light is brought into contact with the light exit surface of the liquid crystal element, and all the light transmitted through the liquid crystal element is guided to the detector, so that the total transmission is achieved. Measure the rate. Here, the total transmittance is defined as a ratio T / T0 between the transmittance T0 when measured without a liquid crystal element and the light intensity T when not in the transmissive state.
図4に示すように、本発明における液晶素子1では、電圧印加により全光線透過率の若干の低下が観測されるが、液晶素子に入射した光のほとんどが素子前面に出射していることがわかる。以上のことから、図4に示すように、本発明による液晶素子は、光の散乱性を印加電圧により制御できるとともに、全光線透過率を高くすることができる。
As shown in FIG. 4, in the
すなわち、本発明における液晶素子1は前方散乱が強いため、プロジェクタ2から光を投射する面と反対の面では、投影される映像がはっきり見える状態になる。反対に、プロジェクタ2から光を投射する面では、投影される映像がほとんど見えない状態になる。
That is, since the
なお、以下の説明では、所定の電圧を印加したときに光散乱状態になり、電圧無印加のときに光透過状態になる液晶素子1を用いる場合について説明する。ただし、液晶素子1として、所定の電圧を印加したときに光透過状態になり、電圧無印加のときに光散乱状態になる素子を用いてもよい。
In the following description, a case where the
次に、液晶素子1における透明電極102のPWM方式による駆動を説明する。図7は、本実施形態における液晶素子1の駆動方法の一例を示すタイミング図である。図7に示すように、液晶素子1を全散乱状態にする場合には、1フレームにおいて継続して散乱信号をオンにする。
Next, the driving of the
また、液晶素子1を光透過状態と光散乱状態との中間的な状態(すなわち、中間状態。中間調と記すこともある。)にする場合には、1フレームにおいて、所望の透過率に応じた期間だけ散乱信号をオンにする。なお、散乱信号オン(散乱信号ON)は、透明電極102,107間に所定の電圧が印加されていることに相当し、散乱信号OFFは、透明電極102,107間の電位差が0Vである状態に相当する。ここで、液晶素子1の透過率を70%程度にする場合、1フレームにおける散乱信号オンの期間の割合は、1/12程度になる。
Further, when the
なお、一般的な電圧変調方式を用いて印加電圧(実効値)を23V程度に制御して液晶素子1の透過率を70%程度にするよりも、PWM方式を用いて透過率を70%程度にする方が、液晶素子1の光透過状態を保ちつつ、コントラストの高い映像を表示できる。これは、PWM方式を用いて透過率を制御する場合、一定の期間(例えば、1フレームの1/12の期間)は光散乱状態になる。この期間にプロジェクタ2から投射された光は、液晶素子1が光散乱状態にある場合と同様に散乱する(すなわち、ハイコントラストになる)ため、残像効果により、その期間に投影された映像が残って見えるためだと考えられる。
Rather than controlling the applied voltage (effective value) to about 23 V using a general voltage modulation method to make the transmittance of the
また、本実施形態による液晶素子1は、上述する未硬化組成物を使用しているため、視野角が広く、斜め方向からのヘイズ値を低く抑えることができる。そのため、本発明による透過型スクリーンを角度のある位置に設置する場合や、高い位置へ設置する場合でも、映像が見にくくなることを抑制できる。
Moreover, since the
また、スクリーンに投影される映像の解像度は、プロジェクタの解像度に依存する。そのため、解像度の高いプロジェクタを使用することにより、投影される映像の解像度を高めることができる。 Further, the resolution of the image projected on the screen depends on the resolution of the projector. Therefore, the resolution of the projected image can be increased by using a projector having a high resolution.
以上説明したように、本実施形態では、液晶素子1が、光透過状態と光散乱状態との中間的な状態(具体的には、微散乱状態)で、プロジェクタ2から投射される映像の光を散乱させて、光が投射される面とは反対側の面に映像を表示する。そのため、高い透過性を維持しつつ、投射される映像を表示できる。
As described above, in the present embodiment, the
また、本実施形態では、駆動回路4が電極102,107をPWM方式で駆動する。その際、駆動回路4は、液晶素子1を光透過状態と光散乱状態との中間的な状態にするパルス幅で電極102,107を駆動する。この場合、液晶素子1が一定の期間(例えば、1フレームの1/12)光散乱状態になる。そのため、一般的な電圧変調方式と比べ、液晶素子1の光透過状態を保ちつつ、投射される映像をよりコントラストの高い状態で表示できる。
In the present embodiment, the drive circuit 4 drives the
以下、具体的な実施例により本発明を説明するが、本発明の範囲は以下に説明する内容に限定されない。本実施例では、本発明の透過型スクリーンを車内で使用する場合を例に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to specific examples, but the scope of the present invention is not limited to the contents described below. In this embodiment, a case where the transmission screen of the present invention is used in a vehicle will be described as an example.
図8は、本発明の透過型スクリーンを車内に設置した場合の例を示す説明図である。図8に示す例では、車11内における前席と後席の間に透過型スクリーン10が配置され、車内の上方に設置されたプロジェクタ2から、透過型スクリーン10を介して、後席に向けて映像が投影されていることを示す。すなわち、プロジェクタ2は、車内の前方から後方に向けて映像を投射する。また、透過型スクリーン10は、駆動回路4(図示せず)により、微散乱状態になっている。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example when the transmission screen of the present invention is installed in a vehicle. In the example shown in FIG. 8, a
このとき、透過型スクリーン10の液晶素子1がプロジェクタ2から投射される映像の光を散乱させることにより、透過型スクリーンに対して投射される面(すなわち、前席側の面)とは反対側の面(すなわち、後席側の面)に映像を表示する。そのため、後席の人は、前方の視界を確保しつつ、投影される映像をはっきり見ることができる。
At this time, the
一方、前席の人にとっては、透過型スクリーン10に投影される映像により、車の運転に支障をきたさないことが求められる。ここで、透過型スクリーン10に投影される映像のうち、黒い部分は透明になる。そのため、透過型スクリーン10に映像が投影されている場合であっても、後方視界を確保することが可能になる。
On the other hand, the front seat person is required not to interfere with the driving of the vehicle by the image projected on the
また、透過型スクリーン10は、前方散乱が強く、後方散乱が弱い性質を有している。そのため、プロジェクタ2から透過型スクリーン10に投射された光のうち、透過型スクリーン10で前席側に反射する光の量を抑えることができる。すなわち、透過型スクリーン10を用いることで反射光を抑えることができるため、前席の人にとっては、後方から反射する光による煩わしさを抑えることができる。
Further, the
図9は、本発明の透過型スクリーンを車内に設置した場合の他の例を示す説明図である。図9に示す例では、車11内における後席の後側(例えば、車のリアガラス部分)に透過型スクリーン10が配置され、車内の上方に設置されたプロジェクタ2から、透過型スクリーン10に向けて映像が投影されていることを示す。すなわち、この場合も、プロジェクタ2は、車内の前方から後方に向けて映像を投射する。また、図9に例示する透過型スクリーン10も、駆動回路4(図示せず)により、微散乱状態になっている。
FIG. 9 is an explanatory view showing another example when the transmission screen of the present invention is installed in a vehicle. In the example shown in FIG. 9, the
図8に示す例と同様に、透過型スクリーン10の液晶素子1がプロジェクタ2から投射される映像の光を散乱させることにより、後方車に対して、サインや広告などを示す映像をはっきり見せることができる一方、車内側からはほとんど映像が見えないようにできる。特に、夜間や暗い場所では、上記映像をより明確に表示できる。
Similar to the example shown in FIG. 8, the
また、例えば、全散乱状態のスクリーンに後方車から光(ライト)が照らされた場合、光が広く散乱するため、車内の人にとっては眩しく感じられる。しかし、本発明の透過型スクリーン10は、微散乱状態で使用されるため、後方車から光(ライト)が照らされた場合でも、全散乱状態の時と比べて、眩しさを軽減できる。
In addition, for example, when light (light) is illuminated from the rear vehicle on the screen in the total scattering state, the light is widely scattered, so that it is felt dazzling for people in the vehicle. However, since the
以上、本発明の透過型スクリーン10が車内で使用される場合を例に説明したが、本発明の透過型スクリーン10を、他の様々な用途にも利用できる。
As mentioned above, although the case where the
本発明の透過型スクリーン10を、例えば、ショーウィンドウに利用してもよい。この場合、例えば、ディスプレイされた商品の前面に、その商品を説明する映像を重ねて表示することができる。
The
また、本発明の透過型スクリーン10を、ゲーム機器に利用してもよい。この場合、例えば、ゲームの画面として表示される画像とは独立した映像を、ゲームの画面に重ねて表示することができる。
Further, the
また、本発明の透過型スクリーン10を、自動販売機に利用してもよい。この場合、例えば、商品棚の前面のガラスに、任意の広告を表示することができる。
Moreover, you may utilize the
このように、一般にガラスが用いられる部分であれば、本発明の透過型スクリーン10を適用することが可能である。例えば、本発明の透過型スクリーン10を、一般家庭の窓などに用いてもよい。
As described above, the
1 液晶素子
2 映像投射装置(プロジェクタ)
3 観察者
4 駆動回路
10 透過型スクリーン
11 車
101,108 ガラス基板
102,107 透明電極
103,106 配向膜
104 液晶層
105 シール層
1
DESCRIPTION OF
Claims (4)
液晶/高分子複合体層が透明な一対の電極付き基板間に挟持され、印加される電圧に応じて、光透過状態と光散乱状態との中間的な状態をとることができる液晶素子を備え、
前記液晶素子は、前記中間的な状態で前記映像投射装置から投射される映像の光を散乱させて、当該投射される面とは反対側の面に前記映像を表示する
ことを特徴とする透過型スクリーン。 A transmissive screen for displaying an image projected from an image projection device,
A liquid crystal / polymer composite layer is sandwiched between a pair of transparent substrates with electrodes, and includes a liquid crystal element capable of taking an intermediate state between a light transmission state and a light scattering state according to an applied voltage. ,
The liquid crystal element scatters light of an image projected from the image projection device in the intermediate state, and displays the image on a surface opposite to the projected surface. Mold screen.
前記駆動回路は、液晶素子を光透過状態と光散乱状態との中間的な状態にするパルス幅で前記電極を駆動する
請求項1に記載の透過型スクリーン。 A drive circuit for driving the electrodes sandwiching the liquid crystal / polymer composite layer by a pulse width modulation method;
The transmissive screen according to claim 1, wherein the drive circuit drives the electrode with a pulse width that causes the liquid crystal element to be in an intermediate state between a light transmission state and a light scattering state.
請求項1または請求項2に記載の透過型スクリーン。 3. The transmissive screen according to claim 1, wherein the liquid crystal element has a transmittance of 60% or more and 70% or less as an intermediate state between the light transmission state and the light scattering state.
前記映像投影装置から投射される映像を表示する透過型スクリーンとを備え、
前記透過型スクリーンは、液晶/高分子複合体層が透明な一対の電極付き基板間に挟持され、印加される電圧に応じて、光透過状態と光散乱状態との中間的な状態をとることができる液晶素子を含み、
前記液晶素子は、前記中間的な状態で前記映像投射装置から投射される映像の光を散乱させて、当該投射される面とは反対側の面に前記映像を表示する
ことを特徴とする映像表示装置。 An image projection device for projecting an image from the front to the rear in the vehicle;
A transmissive screen for displaying an image projected from the image projection device,
The transmissive screen has a liquid crystal / polymer composite layer sandwiched between a pair of transparent substrates with electrodes, and takes an intermediate state between a light transmission state and a light scattering state according to an applied voltage. Including a liquid crystal element capable of
The liquid crystal element scatters light of a video projected from the video projection device in the intermediate state and displays the video on a surface opposite to the projected surface. Display device.
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