JPWO2017188182A1 - 透明スクリーンおよび画像表示システム - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、特許文献1に示されるような透明スクリーンでは、最表面に凹凸構造を付与すると、透明性が著しく低下するため、この対応策は利用できない。
コレステリック液晶相を固定してなる層と、を有することを特徴とする透明スクリーンを提供する。
また、ドットにより反射される円偏光の回転方向と、層により反射される円偏光の回転方向とが同じであるのが好ましい。
また、ドット配列を、複数、有し、かつ、それぞれのドット配列の選択反射波長が異なり、さらに、層を、複数、有し、かつ、それぞれの層の選択反射波長が異なるのが好ましい。
また、ドット配列として、赤色光を反射するドット配列と、緑色光を反射するドット配列と、青色光を反射するドット配列と、を有し、層として、赤色光を反射する層と、緑色光を反射する層と、青色光を反射する層と、を有するのが好ましい。
また、ドット配列として、右円偏光を反射するドット配列と、左円偏光を反射するドット配列と、を有し、層として、右円偏光を反射する層と、左円偏光を反射する層と、を有するのが好ましい。
さらに、λ/4板を有するのが好ましい。
本明細書において、例えば、「45°」、「平行」、「垂直」あるいは「直交」等の角度は、特に記載がなければ、厳密な角度との差異が5°未満の範囲内であることを意味する。厳密な角度との差異は、4°未満であるのが好ましく、3°未満であるのがより好ましい。
本明細書において、「(メタ)アクリレート」は、「アクリレートおよびメタクリレートのいずれか一方または双方」の意味で使用される。
本明細書において、「同一」は、技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含むものとする。また、本明細書において、「全部」、「いずれも」または「全面」などというとき、100%である場合のほか、技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含み、例えば99%以上、95%以上、または90%以上である場合を含むものとする。
またこれに限定されるものではないが、可視光のうち、420〜490nmの波長域の光は青色光であり、495〜570nmの波長域の光は緑色光であり、620〜750nmの波長域の光は赤色光である。
理論上は、ヘイズは、以下式で表される値を意味する。
(380〜780nmの自然光の散乱透過率)/(380〜780nmの自然光の散乱透過率+自然光の直透過率)×100%
散乱透過率は分光光度計と積分球ユニットを用いて、得られる全方位透過率から直透過率を差し引いて算出することができる値である。直透過率は、積分球ユニットを用いて測定した値に基づく場合、0°での透過率である。つまり、ヘイズが低いということは、全透過光量のうち、直透過光量が多いことを意味する。
本明細書において、Re(λ)、Rth(λ)はAxoScan OPMF−1(オプトサイエンス社製)において、波長λで測定した値である。AxoScanにて平均屈折率((Nx+Ny+Nz)/3)と膜厚(d(μm))とを入力することにより、
遅相軸方向(°)
Re(λ)=R0(λ)
Rth(λ)=((Nx+Ny)/2ーNz)×d
が算出される。
なお、R0(λ)は、AxoScanで算出される数値として表示されるものであるが、Re(λ)を意味している。
また、屈折率は、ポリマーハンドブック(JOHN WILEY&SONS,INC)、各種光学フィルムのカタログの値を使用することもできる。主な光学フィルムの平均屈折率の値を以下に例示する: セルロースアシレート(1.48)、シクロオレフィンポリマー(1.52)、ポリカーボネート(1.59)、ポリメチルメタクリレート(1.49)、ポリスチレン(1.59)である。
半値透過率を求める式: T1/2=100−(100−Tmin)÷2
また、複数の物の選択反射波長が「等しい」とは、厳密に等しいことを意味するものではなく、光学的に影響のない範囲の誤差は許容される。具体的には、複数の物の選択反射波長が「等しい」とは、それぞれの物同士における選択反射波長の差が20nm以下であることを意図し、この差は15nm以下であることが好ましく、10nm以下であることがより好ましい。
図1に示す画像表示システム10は、本発明の透明スクリーン12と、出射光が無偏光であるプロジェクター14とを有する。
なお、以下の説明は、特に断りが無い場合には、図1に示す画像表示システム10の透明スクリーンのみならず、後述する各種の本発明の画像表示システムに用いられる各種の本発明の透明スクリーンも、同様である。
本発明において、貼合層は、対象となる板状物(シート状物)を貼り合わせられる物であれば、公知の各種の材料からなるものが利用可能である。すなわち、貼合層は、接着剤からなる層でも、粘着剤からなる層でもよい。接着剤とは、貼り合わせる際には流動性を有し、その後、固体になるものである。粘着剤とは、貼り合わせる際にゲル状(ゴム状)の柔らかい固体で、その後もゲル状の状態が変化しないものである。また、貼合層は、接着剤と粘着剤との両方の特徴を持った材料からなる層でもよい。従って、貼合層は、光学透明接着剤(OCA(Optical Clear Adhesive))、光学透明両面テープ、および、紫外線硬化型樹脂等の、光学装置および光学素子でシート状物の貼り合わせに用いられる公知のものを用いればよい。
あるいは、貼合層で貼り合わせるのではなく、右偏光ドットフィルム20と、左偏光ドットフィルム24と、右偏光反射層フィルム26と、左偏光反射層フィルム28とを積層して、枠体または治具等で保持して、本発明の透明スクリーンを構成してもよい。
赤色右円偏光ドット積層体30rRは、支持体32と、支持体32の一方の表面に二次元的に配列される赤色右円偏光反射ドット34rRと、赤色右円偏光反射ドット34rRを包埋して支持体32に積層されるオーバーコート層36と、を有する。
緑色右円偏光ドット積層体30gRは、支持体32と、支持体32の一方の表面に二次元的に配列される緑色右円偏光反射ドット34gRと、緑色右円偏光反射ドット34gRを包埋して支持体32に積層されるオーバーコート層36と、を有する。
青色右円偏光ドット積層体30bRは、支持体32と、支持体32の一方の表面に二次元的に配列される青色右円偏光反射ドット34bRと、青色右円偏光反射ドット34bRを包埋して支持体32に積層されるオーバーコート層36と、を有する。
赤色左円偏光ドット積層体30rLは、支持体32と、支持体32の一方の表面に二次元的に配列される赤色左円偏光反射ドット34rLと、赤色左円偏光反射ドット34rLを包埋して支持体32に積層されるオーバーコート層36と、を有する。
緑色左円偏光ドット積層体30gLは、支持体32と、支持体32の一方の表面に二次元的に配列される緑色左円偏光反射ドット34gLと、緑色左円偏光反射ドット34gLを包埋して支持体32に積層されるオーバーコート層36と、を有する。
青色左円偏光ドット積層体30bLは、支持体32と、支持体32の一方の表面に二次元的に配列される青色左円偏光反射ドット34bLと、青色左円偏光反射ドット34bLを包埋して支持体32に積層されるオーバーコート層36と、を有する。
なお、以下の説明では、赤色右円偏光ドット積層体30rRと、緑色右円偏光ドット積層体30gRと、青色右円偏光ドット積層体30bRと、赤色左円偏光ドット積層体30rLと、緑色左円偏光ドット積層体30gLと、青色左円偏光ドット積層体30bLとを区別する必要がない場合には、これらをまとめて『ドット積層体』とも言う。
また、以下の説明では、赤色右円偏光反射ドット34rRと、緑色右円偏光反射ドット34gRと、青色右円偏光反射ドット34bRと、赤色左円偏光反射ドット34rLと、緑色左円偏光反射ドット34gLと、青色左円偏光反射ドット34bLとを区別する必要がない場合には、これらをまとめて『反射ドット』とも言う。
右偏光ドットフィルム20および左偏光ドットフィルム24のドット積層体が有する支持体32は、いずれも、後述するコレステリック液晶相を固定してなるドットである反射ドットを支持するものである。
また、支持体32は可視光領域において、透明であるのが好ましい。また、支持体32は、着色していてもよいが、着色していないか、着色が少ないのが好ましい。さらに支持体32は屈折率が1.2〜2.0程度であるのが好ましく、1.4〜1.8程度であるのがより好ましい。
なお、本明細書において透明というとき、具体的には波長380〜780nmの非偏光透過率(全方位透過率)が50%以上であればよく、70%以上であるのが好ましく、85%以上であるのがより好ましい。
支持体32の厚さは、用途に応じて選択すればよく、特に限定されないが、5〜1000μm程度であればよく、好ましくは10〜250μmであり、より好ましくは15〜150μmである。
また、下地層は、反射ドットが反射する光の波長において、光の反射率が低いのが好ましく、反射ドットが反射する光の波長において光を反射する材料を含んでいないのが好ましい。また、下地層は、透明であるのが好ましい。さらに下地層は屈折率が1.2〜2.0程度であるのが好ましく、1.4〜1.8程度であるのがより好ましい。下地層は、支持体表面に直接塗布された重合性化合物を含む組成物の硬化により得られた樹脂を含む層であることも好ましい。重合性化合物の例としては、(メタ)アクリレートモノマー、ウレタンモノマーなどの非液晶性の化合物が挙げられる。
下地層の厚さは、特に限定されないが、0.01〜50μmであるのが好ましく、0.05〜20μmであるのがより好ましい。
右偏光ドットフィルム20において、赤色右円偏光ドット積層体30rRの赤色右円偏光反射ドット34rRは、赤色の右円偏光を反射して、それ以外の光を透過するドットである。また、緑色右円偏光ドット積層体30gRの緑色右円偏光反射ドット34gRは、緑色の右円偏光を反射して、それ以外の光を透過するドットである。さらに、青色右円偏光ドット積層体30bRの青色右円偏光反射ドット34bRは、青色の右円偏光を反射して、それ以外の光を透過するドットである。すなわち、これらの反射ドットは、互いに選択反射波長が異なる。
他方、左偏光ドットフィルム24において、赤色左円偏光ドット積層体30rLの赤色左円偏光反射ドット34rLは、赤色の左円偏光を反射して、それ以外の光を透過するドットである。また、緑色左円偏光ドット積層体30gLの緑色左円偏光反射ドット34gLは、緑色の左円偏光を反射して、それ以外の光を透過するドットである。さらに、青色左円偏光ドット積層体30bLの青色左円偏光反射ドット34bLは、青色の左円偏光を反射して、それ以外の光を透過するドットである。すなわち、これらの反射ドットは、互いに選択反射波長が異なる。
ここで、反射ドットとなるコレステリック液晶相は、走査型電子顕微鏡によって観測される反射ドットの断面において、明部と暗部との縞模様を与え、反射ドットの端部から中心に向かう方向で最大高さまで連続的に増加する高さを有する部位を含み、この部位において、支持体32と反対側の反射ドットの表面から1本目の暗部が成す線の法線と反射ドットの表面との成す角度は70〜90°の範囲であるのが好ましい。
この点については後に詳述する。
また、各ドット積層体における反射ドットの配列密度は、全面的に均一でも、配列密度が異なる領域を有してもよい。
ホットスポットが抑制できる、広い視野角が得られる、高い透明性を得られる等の観点と、製造時に反射ドットの合一または欠損などの欠陥なく製造できる適切な密度等の観点から、支持体32の主面の法線方向から見た際の、支持体32に対する反射ドットの面積率は、1〜90.6%であるのが好ましく、2〜50%であるのがより好ましく、4〜30%であるのがさらに好ましい。
なお、反射ドットの面積率は、レーザー顕微鏡、走査型電子顕微鏡(SEM)、透過型電子顕微鏡(TEM)などの顕微鏡で得られる画像において、1×1mmの大きさの領域で面積率を測定し、例えば5箇所の平均値をドットの面積率とすればよい。
円形は正円でなくてもよく、略円形であればよい。反射ドットについて中心というときは、この円形の中心または重心を意味する。反射ドットは、平均的形状が円形であればよく、一部に円形に該当しない形状の反射ドットが含まれていてもよい。
反射ドットの直径は、レーザー顕微鏡、走査型電子顕微鏡(SEM)、透過型電子顕微鏡(TEM)などの顕微鏡で得られる画像において、端部(反射ドットのへり、または、境界部)から端部までの直線であって、反射ドットの中心を通る直線の長さを測定することにより得ることができる。なお、反射ドットの数、反射ドット間距離もレーザー顕微鏡、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡などの顕微鏡画像で確認できる。
支持体法線方向から見た際の反射ドットの形状が円形以外の場合には、この反射ドットの投影面積と等しい円面積を持つ円の直径(円相当径)を反射ドットの直径とする。
上記平均直径は、無作為に選択した10個の反射ドットの直径を上記方法により測定し、それらを算術平均して求める。
反射ドットの平均最大高さは、5〜30μmが好ましく、8〜25μmがより好ましく、10〜20μmがさらに好ましい。
反射ドットは波長選択反射性を有する。具体的には、赤色右円偏光反射ドット34rRおよび赤色左円偏光反射ドット34rLは赤色の光を反射し、緑色右円偏光反射ドット34gRおよび緑色左円偏光反射ドット34gLは緑色の光を反射し、青色右円偏光反射ドット34bRおよび青色左円偏光反射ドット34bLは青色の光を反射する。
本発明の透明スクリーン12は、基本的に、プロジェクター14から出射される映像光による画像と、透明スクリーン12の裏面側の背景とを重畳して観察できるスクリーンとして使用されるので、反射ドットが選択反射性を示す光は、可視光であるのが好ましい。
あるいは、反射ドットの反射波長は、プロジェクター14から出射される光の波長に従って選択されるのも好ましい。
反射ドットが選択反射性を示す光の波長は、反射ドットを形成するコレステリック液晶相の螺旋ピッチを調節することにより調節(選択)できる。
また、本発明の透明スクリーンにおいて反射ドットを形成するコレステリック液晶相は、後述するように螺旋軸方向が制御されている。そのため、反射ドットに入射した光は、正反射だけでなく、種々の方向に反射される。
コレステリック液晶相は、特定の波長において選択反射性を示すことが知られている。選択反射の中心波長λは、コレステリック液晶相における螺旋構造のピッチP(=螺旋の周期)に依存し、コレステリック液晶相の平均屈折率nとλ=n×Pの関係に従う。そのため、この螺旋構造のピッチを調節することによって、選択反射波長を調節することができる。コレステリック液晶相のピッチは、ドットの形成の際、重合性液晶化合物と共に用いるキラル剤の種類、またはその添加濃度に依存するため、これらを調節することによって所望のピッチを得ることができる。
なお、ピッチの調節については富士フイルム研究報告No.50(2005年)p.60−63に詳細な記載がある。螺旋のセンスおよびピッチの測定法については「液晶化学実験入門」日本液晶学会編 シグマ出版2007年出版、46頁、および「液晶便覧」液晶便覧編集委員会 丸善 196頁に記載の方法を用いることができる。
従って、図示例の透明スクリーン12においては、右偏光ドットフィルム20の各ドット積層体の反射ドットは、右捩れのコレステリック液晶相を固定してなるドットであり、左偏光ドットフィルム24の各ドット積層体の反射ドットは、左捩れのコレステリック液晶相を固定してなるドットである。また、後述する右偏光反射層フィルム26の各右円偏光反射層は、右捩れのコレステリック液晶相を固定してなる層であり、さらに、左偏光反射層フィルム28の各左円偏光反射層は、左捩れのコレステリック液晶相を固定してなる層である。
なお、コレステリック液晶相の旋回の方向は、反射ドット(反射層)を形成する液晶化合物の種類または添加されるキラル剤の種類によって調節できる。
以下の説明では、『支持体32と反対側の反射ドットの表面』を、単に『反射ドットの表面』とも言う。
図2に反射ドットの断面の概略図を示す。図2では、暗部が成す線を太線で示す。図2に示すように、1本目の暗部が成す線Ld1の法線(破線)と、反射ドットの表面とが成す角度θ1が、70〜90°であるのが好ましい。
すなわち、反射ドットは、反射ドットの表面の一部において上記角度を満たすもの、例えば、反射ドットの表面の一部において断続的に上記角度を満たすものでなはく、連続的に上記角度を満たすものであるのが好ましい。なお、断面図において、反射ドットの表面が曲線であるときは、暗部が成す線の法線と反射ドットの表面とが成す角度は、反射ドットの表面の接線と法線とが成す角度を意味する。また、上記角度は鋭角で示されており、法線と反射ドットの表面とが成す角度を0〜180°の角度で表すときの、70〜110°の範囲を意味する。
このような構造により、反射ドットに入射する光は、支持体32の法線方向に対して角度を有する方向から入射する光を、反射ドットの表面において、コレステリック液晶相の螺旋軸方向と平行に近い角度で入射させることができる。そのため、反射ドットに入射する光を様々な方向に反射させることができる。
また、支持体32の法線方向から入射する光を、全方位に反射できるのが好ましい。特に、正面輝度(ピーク輝度)の半分の輝度となる角度(半値角)が35°以上にでき、高い反射性を有することが好ましい。
なお、断面図は、ドットの端部から中心に向かう方向で最大高さまで連続的に増加する高さを有する部位を含む任意の方向の断面図であり、典型的にはドットの中心を含み支持体に垂直な任意の面の断面図であればよい。
反射ドット(赤色右円偏光反射ドット34rR、緑色右円偏光反射ドット34gRおよび青色右円偏光反射ドット34bR、ならびに、赤色左円偏光反射ドット34rL、緑色左円偏光反射ドット34gLおよび青色左円偏光反射ドット34bL)は、コレステリック液晶相をドット状に固定して得ることができる。
コレステリック液晶相を固定した構造は、コレステリック液晶相となっている液晶化合物の配向が保持されている構造であればよい。コレステリック液晶相を固定した構造は、典型的には、重合性液晶化合物をコレステリック液晶相の配向状態としたうえで、紫外線照射、加熱等によって重合、硬化し、流動性が無い層を形成して、同時に、外場または外力によって配向形態に変化を生じさせることない状態に変化した構造であればよい。
なお、コレステリック液晶相を固定した構造においては、コレステリック液晶相の光学的性質が保持されていれば十分であり、液晶化合物は、液晶性を示さなくてもよい。例えば、重合性液晶化合物は、硬化反応により高分子量化して、液晶性を失っていてもよい。
反射ドットの形成に用いる液晶化合物を含む液晶組成物は、さらに界面活性剤を含むのが好ましい。また、反射ドットの形成に用いる液晶組成物は、さらにキラル剤、重合開始剤を含んでいてもよい。
重合性液晶化合物は、棒状液晶化合物であっても、円盤状液晶化合物であってもよいが、棒状液晶化合物であるのが好ましい。
コレステリック液晶相を形成する棒状の重合性液晶化合物の例としては、棒状ネマチック液晶化合物が挙げられる。棒状ネマチック液晶化合物としては、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類およびアルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類が好ましく用いられる。低分子液晶化合物だけではなく、高分子液晶化合物も用いることができる。
本発明者らは、反射ドットを形成する際に用いる液晶組成物に界面活性剤を加えることにより、反射ドット形成時に重合性液晶化合物が空気界面側で水平に配向し、螺旋軸方向が上述のように制御された反射ドットが得られることを見出した。
一般的に、ドットの形成のためには、印刷の際の液滴形状を保つため、表面張力を低下させない必要がある。そのため界面活性剤を加えても反射ドットの形成が可能であり、かつ、多方向からの再帰反射性の高い反射ドットが得られたことは驚くべきことであった。本発明者らの検討によれば、界面活性剤を用いた場合、反射ドットの端部で、反射ドットの表面と支持体32とが成す角度が40°以上のドットが形成されている。すなわち、反射ドットを形成する際に界面活性剤を加えることにより、反射ドットと支持体32との接触角を、広い視野角と、高い透明性とを両立することができる角度範囲に形成することができる。
界面活性剤は、安定的にまたは迅速にプレーナー配向のコレステリック液晶相とするために寄与する配向制御剤として機能できる化合物が好ましい。界面活性剤としては、例えば、シリコ−ン系界面活性剤およびフッ素系界面活性剤が挙げられ、フッ素系界面活性剤が好ましく例示される。
なお、水平配向剤としては1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
フッ素系界面活性剤として、特開2014−119605号公報の段落[0082]〜[0090]に記載の下記一般式(I)で表される化合物が好ましい。
T11中に含まれるoおよびpはそれぞれ独立に0以上の整数であり、oおよびpが2以上であるとき複数のXは互いに同一であっても異なっていてもよい。T11中に含まれるoは1または2であるのが好ましい。T11中に含まれるpは1〜4のいずれかの整数であるのが好ましく、1または2であるのがより好ましい。
(CaF2a+1)−(CbH2b)−
(CaF2a+1)−(CbH2b)−O−(CrH2r)−
(CaF2a+1)−(CbH2b)−COO−(CrH2r)−
(CaF2a+1)−(CbH2b)−OCO−(CrH2r)−
また、一般式(I)の末端のHb11−Sp11−L11−Sp12−L12−および−L15−Sp13−L16−Sp14−Hb11は、以下のいずれかの一般式で表される基であるのが好ましい。
(CaF2a+1)−(CbH2b)−O−
(CaF2a+1)−(CbH2b)−COO−
(CaF2a+1)−(CbH2b)−O−(CrH2r)−O−
(CaF2a+1)−(CbH2b)−COO−(CrH2r)−COO−
(CaF2a+1)−(CbH2b)−OCO−(CrH2r)−COO−
上式におけるa、bおよびrの定義は直上の定義と同じである。
キラル剤はコレステリック液晶相の螺旋構造を誘起する機能を有する。キラル剤は、化合物によって誘起する螺旋の捩れ方向または螺旋ピッチが異なるため、目的に応じて選択すればよい。
キラル剤としては、特に制限はなく、公知の化合物(例えば、液晶デバイスハンドブック、第3章4−3項、TN(twisted nematic)、STN(Super Twisted Nematic)用カイラル剤、199頁、日本学術振興会第142委員会編、1989に記載)、イソソルビド、イソマンニド誘導体を用いることができる。
キラル剤は、一般に不斉炭素原子を含むが、不斉炭素原子を含まない軸性不斉化合物または面性不斉化合物もキラル剤として用いることができる。軸性不斉化合物または面性不斉化合物の例には、ビナフチル、ヘリセン、パラシクロファンおよびこれらの誘導体が含まれる。キラル剤は、重合性基を有していてもよい。キラル剤と液晶化合物とがいずれも重合性基を有する場合は、重合性キラル剤と重合性液晶化合物との重合反応により、重合性液晶化合物から誘導される繰り返し単位と、キラル剤から誘導される繰り返し単位とを有するポリマーを形成することができる。この態様では、重合性キラル剤が有する重合性基は、重合性液晶化合物が有する重合性基と、同種の基であるのが好ましい。従って、キラル剤の重合性基も、不飽和重合性基、エポキシ基またはアジリジニル基であるのが好ましく、不飽和重合性基であるのがより好ましく、エチレン性不飽和重合性基であるのがさらに好ましい。
また、キラル剤は、液晶化合物であってもよい。
液晶組成物が重合性化合物を含む場合は、重合開始剤を含有しているのが好ましい。紫外線照射により重合反応を進行させる態様では、使用する重合開始剤は、紫外線照射によって重合反応を開始可能な光重合開始剤であるのが好ましい。光重合開始剤の例には、α−カルボニル化合物(米国特許第2367661号、同2367670号の各明細書記載)、アシロインエーテル(米国特許第2448828号明細書記載)、α−炭化水素置換芳香族アシロイン化合物(米国特許第2722512号明細書記載)、多核キノン化合物(米国特許第3046127号、同2951758号の各明細書記載)、トリアリールイミダゾールダイマーとp−アミノフェニルケトンとの組み合わせ(米国特許第3549367号明細書記載)、アクリジンおよびフェナジン化合物(特開昭60−105667号公報、米国特許第4239850号明細書記載)およびオキサジアゾール化合物(米国特許第4212970号明細書記載)等が挙げられる。
液晶組成物中の光重合開始剤の含有量は、重合性液晶化合物の含有量に対して0.1〜20質量%であるのが好ましく、0.5〜12質量%であるのがさらに好ましい。
液晶組成物は、硬化後の膜強度向上、耐久性向上のため、任意に架橋剤を含有していてもよい。架橋剤としては、紫外線、熱、湿気等で硬化するものが好適に使用できる。
架橋剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート等の多官能アクリレート化合物;グリシジル(メタ)アクリレート、エチレングリコールジグリシジルエーテル等のエポキシ化合物;2,2−ビスヒドロキシメチルブタノール−トリス[3−(1−アジリジニル)プロピオネート]、4,4−ビス(エチレンイミノカルボニルアミノ)ジフェニルメタン等のアジリジン化合物;ヘキサメチレンジイソシアネート、ビウレット型イソシアネート等のイソシアネート化合物;オキサゾリン基を側鎖に有するポリオキサゾリン化合物;ビニルトリメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)3−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアルコキシシラン化合物などが挙げられる。また、架橋剤の反応性に応じて公知の触媒を用いることができ、膜強度および耐久性向上に加えて生産性を向上させることができる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
架橋剤の含有量は、液晶組成物の固形分質量に対して、3〜20質量%が好ましく、5〜15質量%がより好ましい。架橋剤の含有量が上記範囲内であれば、架橋密度向上の効果が得られやすく、コレステリック液晶相の安定性がより向上する。
反射ドットの形成に、後述するインクジェット法を用いる場合には、一般的に求められるインク物性を得るために、液晶組成物には単官能重合性モノマーが含まれていてもよい。単官能重合性モノマーとしては、2−メトキシエチルアクリレート、イソブチルアクリレート、イソオクチルアクリレート、イソデシルアクリレート、オクチル/デシルアクリレート等が挙げられる。
また、液晶組成物中には、必要に応じて、さらに重合禁止剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定化剤、色材、金属酸化物微粒子等を、光学的性能等を低下させない範囲で添加することができる。
液晶組成物は溶媒を含んでいてもよい。溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、有機溶媒が好ましく用いられる。
有機溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、アルキルハライド類、アミド類、スルホキシド類、ヘテロ環化合物、炭化水素類、エステル類、エーテル類などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、環境への負荷を考慮した場合にはケトン類が好ましい。上述の単官能重合性モノマーなどの上述の成分が溶媒として機能していてもよい。
反射ドットを形成する際には、支持体32上への液晶組成物の塗布は、一例として印刷法によって行われ、好ましくは打滴により行われる。印刷法は特に限定はされず、インクジェット法、グラビア印刷法、フレキソ印刷法などを用いることができるが、インクジェット法が好ましい。反射ドットのパターン形成も、公知の印刷技術を応用して形成することができる。
重合反応率は、重合性の官能基の消費割合を、IR(赤外線)吸収スペクトルを用いて決定することができる。
ドット積層体(赤色右円偏光ドット積層体30rR、緑色右円偏光ドット積層体30gRおよび青色右円偏光ドット積層体30bR、ならびに、赤色左円偏光ドット積層体30rL、緑色左円偏光ドット積層体30gLおよび青色左円偏光ドット積層体30bL)は、反射ドットを包埋して、支持体32に積層されるオーバーコート層36を有する。
オーバーコート層36は、支持体32の反射ドットが形成された面側に設けられていればよく、ドット積層体の表面を平坦化しているのが好ましい。
図示例においては、オーバーコート層36によって、ドット積層体同士を貼り合わせて、右および左偏光ドットフィルムを作製している。あるいは、前述の各フィルムを貼合する貼合層と同様に、貼合層によってドット積層体を貼り合わせて、右および左偏光ドットフィルムを作製してもよい。
反射ドットの屈折率に近い屈折率を有するオーバーコート層36を用いることによって、反射ドットに入射する光の法線からの角度(極角)を小さくすることができる。例えば、屈折率が1.6のオーバーコート層36を用い、極角45°で透明スクリーンに光を入射させたとき、反射ドットに実際に入射する極角は27°程度とすることができる。そのため、オーバーコート層36を用いることによっては透明スクリーン12が再帰反射性を示す光の極角を広げることが可能であり、反射ドットの表面と支持体32とが成す角度が小さい場合であっても、より広い範囲で、高い再帰反射性が得られる。また、オーバーコート層36は、反射防止層、ハードコート層としての機能を有していてもよい。
オーバーコート層36に利用される樹脂は、特に限定されず、支持体32や反射ドットとの密着性などを考慮して選択すればよい。例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂等を用いることができる。耐久性、耐溶剤性等の点からは、架橋により硬化するタイプの樹脂が好ましく、特に、短時間での硬化が可能である紫外線硬化性樹脂が好ましい。オーバーコート層36の形成に用いることができるモノマーとしては、エチル(メタ)アクリレート、エチルヘキシル(メタ)アクリレート、スチレン、メチルスチレン、N−ビニルピロリドン、ポリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ヘキサンジオール(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
赤色右円偏光反射層42rRは、コレステリック液晶相を固定してなる一様な層で、赤色の右円偏光を反射して、それ以外の光を透過する。
緑色右円偏光反射層42gRは、コレステリック液晶相を固定してなる一様な層で、緑色の右円偏光を反射して、それ以外の光を透過する。
さらに、青色右円偏光反射層42bRは、コレステリック液晶相を固定してなる一様な層で、青色の右円偏光を反射して、それ以外の光を透過する。
すなわち、これらの各反射層は、互いに、選択反射波長が異なる。また、各反射層は、左偏光反射層フィルム28のいずれかの反射層と、選択反射波長が等しい。さらに、右偏光反射層フィルム26の反射層と右偏光ドットフィルム20の反射ドットとは、共に右円偏光を反射するものであり、すなわち、同じ回転方向の円偏光を反射する。
赤色左円偏光反射層42rLは、コレステリック液晶相を固定してなる一様な層で、赤色の左円偏光を反射して、それ以外の光を透過する。
緑色左円偏光反射層42gLは、コレステリック液晶相を固定してなる一様な層で、緑色の左円偏光を反射して、それ以外の光を透過する。
さらに、青色左円偏光反射層42bLは、コレステリック液晶相を固定してなる一様な層で、青色の左円偏光を反射して、それ以外の光を透過する。
すなわち、これらの各反射層は、互いに、選択反射波長が異なる。また、各反射層は、右偏光反射層フィルム26のいずれかの反射層、選択反射波長が等しい、さらに、左偏光反射層フィルム28の反射層と左偏光ドットフィルム24の反射ドットとは、共に左円偏光を反射するものであり、すなわち、同じ回転方向の円偏光を反射する。
以下の説明では、赤色右円偏光反射層42rRと、緑色右円偏光反射層42gRと、青色右円偏光反射層42bRと、赤色左円偏光反射層42rLと、緑色左円偏光反射層42gLと、青色左円偏光反射層42bLとを区別する必要が無い場合には、これらをまとめて『反射層』とも言う。
これらの反射層を形成する液晶化合物は、前述の反射ドットを形成する液晶化合物と同じ物、好ましくは重合性液晶化合物と同じ物を用いることができる。
従って、これらの反射層を有する右偏光反射層フィルム26および左偏光反射層フィルム28は、反射ドットと同様、対応する波長帯域に応じた螺旋ピッチおよび反射する円偏光に応じた螺旋の捩れ方向を有するコレステリック液晶相を固定するように、液晶化合物を含む液晶組成物を調製して、それぞれの反射層を形成して作製すればよい。
次いで、支持体40の表面に、赤色右円偏光反射層42rRを形成する液晶組成物を一様(均一)に塗布して乾燥し、さらに、反射ドットと同様に液晶組成物を硬化して、赤色右円偏光反射層42rRを形成する。液晶組成物の塗布は、バーコートまたはスピンコートなどの、シート状物に液体を一様に塗布できる公知の方法が全て利用可能である。
次いで、赤色右円偏光反射層42rRの上に、同様に、緑色右円偏光反射層42gRを形成する液晶組成物を塗布、乾燥して、硬化することにより、緑色右円偏光反射層42gRを形成する。さらに、緑色右円偏光反射層42gRの上に、同様に、青色右円偏光反射層42bRを形成する液晶組成物を塗布、乾燥して、硬化することにより、青色右円偏光反射層42bRを形成して、右偏光反射層フィルム26を作製する。
左偏光反射層フィルム28も、同様に作製できる。
例えば、支持体40の上に赤色右円偏光反射層42rRを形成した光学素子、支持体40の上に緑色右円偏光反射層42gRを形成した光学素子、および、支持体40の上に青色右円偏光反射層42bRを形成した光学素子を作製して、3つの光学素子を前述と同様の貼合層で貼り合わせることにより、右偏光反射層フィルム26としてもよい。この点に関しては、左偏光反射層フィルム28も同様である。
ここで、透明スクリーン12が右円偏光および左円偏光の両円偏光に対応するドットフィルムおよびフィルムを有する図1に示す画像表示システム10では、プロジェクター14は、出射光が無偏光のプロジェクターである。画像表示システム10においては、出射光が無偏光のプロジェクターであれば、DLP(Digital Light Processing)プロジェクターなど、公知の出射光が無偏光のプロジェクターが、全て利用可能である。
また、本発明の画像表示システム10は、ドット積層体の反射ドットの凸側をプロジェクター14側に向けて配置するのが好ましく、かつ、プロジェクター14側で画像を観察する、いわゆるフロント投影型であるのが好ましい。
さらに、本発明の画像表示システム10は、透明スクリーン12の法線に対して、プロジェクター14からの出射光の入射角度が25〜75°、特に40〜70°となるように、プロジェクター14を配置するのが好ましい。
なお、以上の点に関しては、後述する、出射光が直線偏光であるプロジェクター54を用いる画像表示システム50等も同様である。また、後述するが、出射光が直線偏光であるプロジェクター54および64は、出射光を透明スクリーンに対してP波とし、かつ、透明スクリーン12の法線に対して、プロジェクター14からの光の入射角度を56°±10°とするのも好ましい。
そのため、本発明の画像表示システム10は、透明スクリーンの法線方向からの投影ではなく、短焦点プロジェクターのように、透明スクリーンの下方にプロジェクターを配置して、投影スクリーンの法線に対して大きな角度で光を投影しても、広い視野角で好適に画像を視認できる。
従って、本発明の画像表示システム10は、フロント投影型にして、かつ、透明スクリーン12の法線に対するプロジェクター14の入射角度を25〜75°とすることにより、プロジェクター14を透明スクリーンの近くに配置して、画像表示システムを小型化できる。加えて、フロント投影型とすることにより、プロジェクター14から観察者までの光路を透明スクリーンによる折り返しの光路にできるので、全体的な光学距離を短くして、さらに画像表示システムを小型化できる。
青色右円偏光ドット積層体30bRに入射した光のうち、青色右円偏光反射ドット34bRに入射した光は、青色の右円偏光のみが青色右円偏光反射ドット34bRによって反射され、それ以外の光は、青色右円偏光反射ドット34bRを通過して、青色右円偏光ドット積層体30bRを通過する。また、青色右円偏光反射ドット34bR以外の部分に入射した光は、そのまま、青色右円偏光ドット積層体30bRを通過する。
緑色右円偏光ドット積層体30gRに入射した光は、同様に、緑色右円偏光反射ドット34gRに入射した緑色の右円偏光のみが緑色右円偏光反射ドット34gRによって反射され、緑色右円偏光反射ドット34gRに入射した緑色の右円偏光以外の光、および、緑色右円偏光反射ドット34gR以外の部分に入射した光は、緑色右円偏光ドット積層体30gRを通過する。
緑色右円偏光ドット積層体30gRを通過した光は、次いで、赤色右円偏光ドット積層体30rRに入射する。
赤色右円偏光ドット積層体30rRに入射した光は、同様に、赤色右円偏光反射ドット34rRに入射した光の赤色の右円偏光のみが赤色右円偏光反射ドット34rRによって反射され、赤色右円偏光反射ドット34rRに入射した赤色の右円偏光以外の光、および、赤色右円偏光反射ドット34rR以外に入射した光は、赤色右円偏光ドット積層体30rRすなわち右偏光ドットフィルム20を通過する。
左偏光ドットフィルム24に入射した光は、まず、青色左円偏光ドット積層体30bLに入射して、同様に、青色左円偏光反射ドット34bLに入射した青色の左円偏光のみが青色左円偏光反射ドット34bLによって反射され、青色左円偏光反射ドット34bLに入射した青色の左円偏光以外の光、および、青色左円偏光反射ドット34bL以外の部分に入射した光は、青色左円偏光ドット積層体30bLを通過する。
青色左円偏光ドット積層体30bLを通過した光は、次いで、緑色左円偏光ドット積層体30gLに入射する。
緑色左円偏光ドット積層体30gLに入射した光は、同様に、緑色左円偏光反射ドット34gLに入射した緑色の左円偏光のみが緑色左円偏光反射ドット34gLによって反射され、緑色左円偏光反射ドット34gLに入射した緑色の左円偏光以外の光、および、緑色左円偏光反射ドット34gL以外の部分に入射した光は、緑色左円偏光ドット積層体30gLを通過する。
緑色左円偏光ドット積層体30gLを通過した光は、次いで、赤色左円偏光ドット積層体30rLに入射する。
赤色左円偏光ドット積層体30rLに入射した光は、同様に、赤色左円偏光反射ドット34rLに入射した赤色の左円偏光のみが赤色左円偏光反射ドット34rLによって反射され、赤色左円偏光反射ドット34rLに入射した赤色の左円偏光以外の光、および、赤色左円偏光反射ドット34rL以外の部分に入射した光は、赤色左円偏光ドット積層体30rLを通過して、左偏光ドットフィルム24を通過する。
右偏光反射層フィルム26に入射した光は、まず、青色右円偏光反射層42bRに入射して、青色の右円偏光のみが反射され、それ以外の光は青色右円偏光反射層42bRを通過する。
青色右円偏光反射層42bRを通過した光は、次いで、緑色右円偏光反射層42gRに入射して、緑色の右円偏光のみが反射され、それ以外の光は緑色右円偏光反射層42gRを通過する。
緑色右円偏光反射層42gRを通過した光は、次いで、赤色右円偏光反射層42rRに入射して、赤色の右円偏光のみが反射され、それ以外の光は赤色右円偏光反射層42rRすなわち右偏光反射層フィルム26を通過する。
左偏光反射層フィルム28に入射した光は、まず、青色左円偏光反射層42bLに入射して、青色の左円偏光のみが反射され、それ以外の光は青色左円偏光反射層42bLを通過する。
青色左円偏光反射層42bLを通過した光は、次いで、緑色左円偏光反射層42gLに入射して、緑色の左円偏光のみが反射され、それ以外の光は緑色左円偏光反射層42gLを通過する。
緑色左円偏光反射層42gLを通過した光は、次いで、赤色左円偏光反射層42rLに入射して、赤色の左円偏光のみが反射され、それ以外の光は赤色左円偏光反射層42rLすなわち左偏光反射層フィルム28を通過する。
すなわち、光を反射するドットによって画像を表示する透明スクリーンの場合には、ドットに入射しなかった光およびドットを通過した光は、透明スクリーンを通過して、透明スクリーンのプロジェクター14とは逆側の面から観察される。以下の説明では、各種の層およびフィルムにおいて、プロジェクター14とは逆側の面を『裏面』とも言う。
そのため、裏面側において、透明スクリーンを介してプロジェクターの出射光を直進方向から見た場合に、プロジェクター14の光源が観察され、ホットスポットが生じる。ホットスポットは、非常に眩しく、特に、後述するような光源としてレーザーを用いるレーザープロジェクターの場合には、ホットスポットは、極めて眩しい。
また、右偏光反射層フィルム26および左偏光反射層フィルム28は、可視光の全波長域を反射する訳ではなく、赤色光と緑色光との間および緑色光を青色光との間や、可視光の長波長および短波長な領域では、光を反射しない波長帯域も有る。そのため、本発明の透明スクリーン12は、右偏光反射層フィルム26および左偏光反射層フィルム28によってホットスポットを抑制すると共に、良好な透明性も確保できる。さらに、前述のように、通過する光は、散乱しないで、そのまま透過するので、ヘイズも小さい。
そのため、透明スクリーン12の反射ドットは、図3に示すように、入射した光を、再帰反射のみならず、光の入射側の様々な方向に反射できる。従って、短焦点プロジェクターを透明スクリーン12に近接して配置して、透明スクリーンの法線に対して大きな角度で投影光を透明スクリーンに入射した場合でも、広視野角化を図れる。
これにより、本発明によれば、フロント投影型の小型の画像表示システムによって、広い視野角で、十分な光量の反射光で、高画質な画像を観察することが可能である。
なお、図4に示す画像表示システム50は、前述の図1に示す画像表示システム10と同じ部材を多用するので、同じ部材には同じ符号を付し、以下の説明は異なる部位を主に行う。
また、透明スクリーン52は、λ/4板56と、右偏光ドットフィルム20と、右偏光反射層フィルム26とを有する。図4においても、右偏光ドットフィルム20と右偏光反射層フィルム26との界面は、太い線で示す。なお、先の例と同様、図示は省略するが、λ/4板56と右偏光ドットフィルム20、および、右偏光ドットフィルム20と右偏光フィルムとは、貼合層によって貼り合わされている。
λ/4板(λ/4機能を有する板)とは、ある特定の波長の直線偏光を円偏光に(または、円偏光を直線偏光に)変換する機能を有する板である。より具体的には、所定の波長λnmにおける面内レターデーション値がRe(λ)=λ/4(または、この奇数倍)を示す板である。この式は、可視光域のいずれかの波長(例えば、550nm)において達成されていればよい。
なお、λ/4板56は、λ/4機能を有する光学異方性層のみからなる構成であっても、支持体にλ/4機能を有する光学異方性層を形成した構成であってもよいが、λ/4板56が支持体を有する場合には、支持体と光学異方性層との組み合わせが、λ/4板であることを意図する。
具体的には、Rth(550)が−50〜50nmであるのが好ましく、−30〜30nmであるのがより好ましく、Rth(λ)がゼロであるのがさらに好ましい。
これにより、λ/4板56に対して斜めに入射する直線偏光を円偏光に変換できる点で好ましい結果を得る。
また、右偏光反射層フィルム26は、支持体40と、赤色右円偏光反射層42rRと、緑色右円偏光反射層42gRと、青色右円偏光反射層42bRとを積層してなる、前述の右偏光反射層フィルム26である。
従って、この場合には、偏光を維持するために、右偏光ドットフィルム20の支持体32および右偏光反射層フィルム26の支持体40は、Re(λ)およびRth(λ)が低い方が好ましい。
具体的には、支持体32および支持体40は、Re(550)が0〜20nmであるのが好ましく、0〜5nmであるのがより好ましい。また、支持体32および支持体40は、Rth(550)が0〜50nmであるのが好ましく、0〜40nmであるのがより好ましい。
言い換えれば、本発明においては、プロジェクターの出射光が直線偏光である場合には、プロジェクターの出射光を円偏光にするλ/4板と、右あるいは左の円偏光を反射するドットフィルムおよび反射層フィルムで、透明スクリーンを構成する。
また、本発明においては、プロジェクターの出射光が無偏光の場合には、λ/4板は用いず、好ましくは、右円偏光を反射するドットフィルムおよび左偏光を反射するドットフィルムと、右円偏光を反射する反射層フィルムおよび左偏光を反射する反射層フィルムで、透明スクリーンを構成する。
なかでも、後述する理由で、レーザープロジェクターは好適に利用される。
すなわち、出射光が直線偏光のプロジェクター54を用いる場合には、プロジェクター54から出射して透明スクリーン52に入射する光を、透明スクリーン52に対してP波とし、かつ、プロジェクター54の光軸が、透明スクリーン52の法線に対して56°±10°の角度となるようにするのが好ましい。
従って、出射光が直線偏光のプロジェクター54から出射して透明スクリーン52に入射する光を、透明スクリーン52に対してP波とし、かつ、プロジェクター54からの光の入射角度すなわちプロジェクター54の光軸を、透明スクリーン52の法線に対して56°±10°とすることにより、プロジェクター54からの光が透明スクリーン52によって正反射されて生じるホットスポットを大幅に低減できる。
なお、プロジェクター54から出射する直線偏光を透明スクリーン52に対してP波とする方法は、プロジェクター54の光源を光軸を中心に回転する方法等、公知の方法が、各種、利用可能である。
プロジェクター54から出射された画像を担持する直線偏光の光は、まず、λ/4板56によって、右円偏光にされる。
右偏光ドットフィルム20に入射した右円偏光の光は、まず、青色右円偏光ドット積層体30bRに入射して、先と同様に、青色右円偏光反射ドット34bRに入射した青色の右円偏光のみが青色右円偏光反射ドット34bRによって反射され、青色右円偏光反射ドット34bRに入射した青色の右円偏光の以外の光、および、青色右円偏光反射ドット34bR以外の部分に入射した光は、青色右円偏光ドット積層体30bRを通過する。
青色右円偏光ドット積層体30bRを通過した光は、次いで、緑色右円偏光ドット積層体30gRに入射する。
緑色右円偏光ドット積層体30gRに入射した光は、同様に、緑色右円偏光反射ドット34gRに入射した緑色の右円偏光のみが緑色右円偏光反射ドット34gRによって反射され、緑色右円偏光反射ドット34gRに入射した緑色の右円偏光以外の光、および、緑色右円偏光反射ドット34gR以外の部分に入射した光は、緑色右円偏光ドット積層体30gRを通過する。
緑色右円偏光ドット積層体30gRを通過した光は、次いで、赤色右円偏光ドット積層体30rRに入射する。
赤色右円偏光ドット積層体30rRに入射した光は、同様に、赤色右円偏光反射ドット34rRに入射した赤色の右円偏光のみが赤色右円偏光反射ドット34rRによって反射され、赤色右円偏光反射ドット34rRに入射した赤色の右円偏光以外の光、および、赤色右円偏光反射ドット34rR以外の部分に入射した光は、赤色右円偏光ドット積層体30rRを通過して、右偏光ドットフィルム20を通過する。
右偏光反射層フィルム26に入射した光は、まず、青色右円偏光反射層42bRに入射して、青色の右円偏光のみが反射され、それ以外の光は青色右円偏光反射層42bRを通過する。
青色右円偏光反射層42bRを通過した光は、次いで、緑色右円偏光反射層42gRに入射して、緑色の右円偏光のみが反射され、それ以外の光は緑色右円偏光反射層42gRを通過する。
緑色右円偏光反射層42gRを通過した光は、次いで、赤色右円偏光反射層42rRに入射して、赤色の右円偏光のみが反射され、それ以外の光は赤色右円偏光反射層42rRすなわち右偏光反射層フィルム26を通過する。
また、透明スクリーン52は、図1に示す透明スクリーン12よりも、フィルムの数が少ないので、より光透過性が高くでき、かつ、ヘイズも低くできる。
これに対し、本発明の透明スクリーンは、反射ドットによって、表示画像となる光を高い拡散性で拡散するので、レーザープロジェクターを用いた場合に、スペックルの発生を抑制できる。
このような構成とすることにより、右偏光ドットフィルム20および右偏光反射層フィルム26を透過できる光の波長域を広くして、透明スクリーンの透明性を、より高くできると共に、反射ドットに入射したプロジェクター54が出射する波長帯域の光を、確実に反射して適正な画像を表示できる。
すなわち、λ/4板56によって直線偏光を左円偏光とし、右偏光ドットフィルム20に変えて左円偏光を反射する左偏光ドットフィルム24を用い、右偏光反射層フィルム26に変えて左円偏光を反射する左偏光反射層フィルム28を用いても、同様の透明スクリーンおよび画像表示システムを構成できる。
例えば、右円偏光のみ(あるいは左円偏光のみ)を反射するドットフィルムおよび反射層フィルムを用いる本発明の画像表示システムにおいて、前述のプロジェクター14と同様、出射光が無偏光のプロジェクターを用い、プロジェクターが出射した光を直線偏光板に入射して直線偏光とし、直線偏光板によって直線偏光にした光をλ/4板56に入射してもよい。
なお、図5に示す画像表示システム60も、前述の図1に示す画像表示システム10と同じ部材を多用するので、同じ部材には同じ符号を付し、以下の説明は異なる部位を種に行う。
従って、プロジェクター64は、緑色の単色プロジェクターである。
また、透明スクリーン62は、λ/4板56と、緑色右円偏光ドット積層体30gRと、支持体40と、緑色右円偏光反射層42gRとを有する。なお、先の例と同様、図示は省略するが、λ/4板56と緑色右円偏光ドット積層体30gR、および、緑色右円偏光ドット積層体30gRと緑色右円偏光反射層42gRとは、貼合層によって貼り合わされている。
緑色右円偏光ドット積層体30gRは、支持体32、緑色右円偏光反射ドット34gRおよびオーバーコート層36を有する、先と同様のものである。
また、支持体40および緑色右円偏光反射層42gRも、先と同様のものである。
プロジェクター64から出射された画像を担持する直線偏光の緑色光は、まず、λ/4板56によって、右円偏光にされる。
右偏光ドットフィルム20に入射した右円偏光の光は、次いで、緑色右円偏光ドット積層体30gRに入射する。
緑色右円偏光ドット積層体30gRに入射した光は、先と同様に、緑色右円偏光反射ドット34gRに入射した緑色の右円偏光のみが緑色右円偏光反射ドット34gRによって反射され、緑色右円偏光反射ドット34gRに入射した緑色の右円偏光以外の光、および、緑色右円偏光反射ドット34gR以外の部分に入射した光は、緑色右円偏光ドット積層体30gRを通過する。
先の例と同様、この緑色右円偏光反射ドット34gRによって反射された緑色の右円偏光の光によって、透明スクリーン62に画像が表示(投影)される。
また、透明スクリーン62は、図5に示す透明スクリーン52よりも、さらにフィルムの数(層数)が少ないので、より光透過性が高くでき、かつ、ヘイズも低くできる。さらに、レーザープロジェクターを用いた場合のスペックルを低減できるのも、同様である。
また、図5に示す画像表示システム60は、緑色の単色画像を表示するものであるが、本発明は、これに限定はされず、各種の色の単色画像の表示に対応できる。例えば、青色の単色画像を出射するプロジェクターを用い、緑色右円偏光ドット積層体30gRに変えて青色右円偏光ドット積層体30bRを用い、緑色右円偏光反射層42gRに変えて青色右円偏光反射層42bRを用いることで、青色の単色画像を表示する画像表示システムとしてもよい。
また、図1に示す透明スクリーン12において、右偏光ドットフィルム20および左偏光反射層フィルム28のみで、透明スクリーンを構成してもよい。あるいは、図1に示す透明スクリーン12において、右偏光反射層フィルム26を有さないで透明スクリーンを構成してもよい。これらの構成でも、左偏光反射層フィルム28によって左円偏光を反射できるので、同様に、ホットスポットの低減効果が得られる。
例えば、図4に示す透明スクリーン52において、右偏光ドットフィルム20が青色右円偏光ドット積層体30bRを有さず、また、右偏光反射層フィルム26が青色右円偏光反射層42bRを有さない、赤色と緑色との2色による画像表示を行うものであってもよい。
例えば、反射ドットを支持体32に形成するのではなく、青色右円偏光反射層42bR等のコレステリック液晶相を固定してなる層の表面に、二次元的に配列して反射ドットを形成することで、コレステリック液晶相を固定してなるドットを二次元的に配列したドット配列を形成してもよい。
<下地層の作製>
下記に示す成分を、25℃に保温された容器中にて、攪拌、溶解させ、下地層溶液を調製した。
(下地層溶液)
下記の棒状液晶化合物の混合物A 100質量部
IRGACURE 819 (BASF社製) 3質量部
下記の化合物A 0.6質量部
メチルエチルケトン 932.4質量部
化合物A
この支持体32に、調製した下地層溶液を#2.6のバーコーターを用いて塗布した。その後、塗膜面温度が50℃になるように塗膜を加熱し、60秒間乾燥した後に、酸素濃度100ppm以下の窒素パージ下で、紫外線照射装置により、500mJ/cm2の紫外線を塗膜に照射して、架橋反応を進行させ、下地層を作製した。
なお、下地層を形成した支持体32のヘイズ値を測定したところ、0.8%であった。
下記に示す成分を、25℃に保温された容器中にて、攪拌、溶解させ、コレステリック液晶インク液gR(液晶組成物)を調製した。
(コレステリック液晶インク液gR)
シクロペンタノン 139.6質量部
前述の棒状液晶化合物の混合物A 100質量部
IRGACURE 907 (BASF社製) 3.0質量部
カヤキュアーDETX(日本化薬社製) 1質量部
下記のキラル剤A 5.78質量部
下記の界面活性剤 0.08質量部
作製した緑色右円偏光反射ドット34gRのうち、無作為に10個を選択して、ドットの形状をレーザー顕微鏡(キーエンス社製)にて観察した。その結果、ドットは平均直径30μm、平均最大高さ6μm、ドット端部のドット表面と下地層表面とが両者の接触部でなす角度(接触角)は平均44°であり、ドット端部から中心に向かう方向で、連続的に高さが増加していた。
支持体32の中央に位置する1つの緑色右円偏光反射ドット34gRについて、ドット中心を含む面で、支持体32に垂直に切削し、断面を走査型電子顕微鏡で観察した。その結果、ドット内部に図2および図3に示すような明部と暗部の縞模様が確認された。
さらに、断面図から、図2に示すように、ドットの中心を通る支持体32の表面の垂線(一点鎖線)に対する角度α1が30°の位置および60°の位置において、ドットの暗部が成す線の法線方向と、ドットの表面とが成す角度θ1およびθ2を測定した。測定は、図8に概念的に示すように、ドットの最も外側の暗部が成す線(図2における1本目の暗部が成す線Ld1(ドット端部))、ドットの最も内側の暗部が成す線(ドット中央)、および、ドット端部とドット中央との中間の暗部が成す線(ドット端部と中央の間)の、3本の暗部が成す線に対して行った。
その結果、ドット端部、ドット端部と中央の間、ドット中央の順に、90°、89°および90°であった。すなわち、このドットは、ドットの暗部が成す線の法線方向と、ドットの表面とが成す角度が、ドットの表面近傍でも、ドットの中央(最内部)でも、ドットの中間部でも、ほぼ同じであった。
緑色右円偏光反射ドット34gRを形成した支持体32から、無作為に5箇所を選択して、レーザー顕微鏡(キーエンス社製)にて観察し、1×1mmの領域において、ドットの面積率を測定した。その結果、5箇所におけるドットの面積率の平均値は、20.2%であった。
下記に示す成分を、25℃に保温された容器中にて、攪拌、溶解させ、オーバーコート用塗布液を調製した。
(オーバーコート用塗布液)
メチルエチルケトン 103.6質量部
KAYARAD DPCA-30(日本化薬社製) 40質量部
下記の化合物L 60質量部
前述の化合物A 0.6質量部
IRGACURE 127(BASF社製) 3質量部
その後、塗膜面温度が50℃になるように塗膜を加熱し、60秒間乾燥した後に、紫外線照射装置により、500mJ/cm2の紫外線を塗膜に照射し、架橋反応を進行させ、オーバーコート層36を作製し、緑色右円偏光ドット積層体30gRを得た。
キラル剤Aの添加量を4.7質量部とする以外は、コレステリック液晶インク液gRと同様にして、コレステリック液晶インク液rRを調製した。また、キラル剤Aの添加量を7.02質量部とする以外はコレステリック液晶インク液gRと同様にして、コレステリック液晶インク液bRを調製した。
コレステリック液晶インク液rRは、中心波長650nmの右円偏光を反射する赤色右円偏光反射ドット34rRを形成するための材料である。また、コレステリック液晶インク液bRは、中心波長450nmの右円偏光を反射する青色右円偏光反射ドット34bRを形成するための材料である。
キラル剤Aをキラル剤Bに変更し、かつ、キラル剤Bの添加量を8.09質量部とした以外は、コレステリック液晶インク液gRと同様にして、コレステリック液晶インク液gLを調製した。
キラル剤Bの添加量を6.98質量部とした以外は、コレステリック液晶インク液gLと同様にして、コレステリック液晶インク液rLを調製した。また、キラル剤Bの添加量を9.62質量部とした以外は、コレステリック液晶インク液gLと同様にして、コレステリック液晶インク液bLを調製した。
コレステリック液晶インク液rLは、中心波長650nmの左円偏光を反射する赤色左円偏光反射ドット34rLを形成するための材料である。また、コレステリック液晶インク液bLは、中心波長450nmの左円偏光を反射する青色左円偏光反射ドット34bLを形成するための材料である。
コレステリック液晶インク液gRに変えて、調製したコレステリック液晶インク液rR、bR、gL、rLおよびbLを用いた以外は、緑色右円偏光ドット積層体30gR同様にして、赤色右円偏光ドット積層体30rRおよび青色右円偏光ドット積層体30bR、ならびに、緑色左円偏光ドット積層体30gL、赤色左円偏光ドット積層体30rLおよび青色左円偏光ドット積層体30bLを作製した。
支持体40として、長手方向にラビング処理を施した75μm厚の透明なPETフィルム(東洋紡株式会社製、コスモシャインA4100)を用意した。
この支持体40の表面に、#8のバーコーターを用いてコレステリック液晶インク液rRを塗布した。その後、塗膜面温度が60℃になるように塗膜を加熱し、120秒間乾燥した後に、紫外線照射装置により、500mJ/cm2の紫外線を塗膜に照射し、架橋反応を進行させ、支持体40の表面に赤色右円偏光反射層42rRを有する光学素子rRを作製した。
以下、支持体40、ならびに、コレステリック液晶インク液gR、bR、gL、rLおよびbLを用いて、同様にして、支持体40の表面に緑色右円偏光反射層42gRを有する光学素子gR、支持体40の表面に青色右円偏光反射層42bRを有する光学素子bR、支持体40の表面に赤色左円偏光反射層42rLを有する光学素子rL、支持体40の表面に緑色左円偏光反射層42gLを有する光学素子gL、および、支持体40の表面に青色左円偏光反射層42bLを有する光学素子bLを作製した。
粘着剤(総研化学製SKダイン)を用いて、作製したドット積層体および光学素子を貼り合わせて、図1に示すような、左偏光反射層フィルム28、右偏光反射層フィルム26、左偏光ドットフィルム24および右偏光ドットフィルム20を有する透明スクリーンを作製した。
積層順は、光学素子rL、光学素子gL、光学素子bL、光学素子rR、光学素子gR、光学素子bR、赤色左円偏光ドット積層体30rL、緑色左円偏光ドット積層体30gL、青色左円偏光ドット積層体30bL、赤色右円偏光ドット積層体30rR、緑色右円偏光ドット積層体30gRおよび青色右円偏光ドット積層体30bRの順番とした。また、ドット積層体は、ドットが光学素子とは逆側の面となるように積層した。
光学素子rL、光学素子gL、光学素子bL、光学素子rR、光学素子gRおよび光学素子bRを用いない以外は、実施例1と同様に透明スクリーンを作製した。
すなわち、この透明スクリーンは、右偏光フィルム23および左偏光反射層フィルム28を有さない、右偏光ドットフィルム20および左偏光ドットフィルム24のみからなる透明スクリーンである。
<プロジェクターと配置>
プロジェクターは、PJWX4141(リコー社製)を用いて、作製した透明スクリーンの中心で5cm角の白が表示されるように、透明スクリーン下部より画像を照射した。
このプロジェクターは、DLPプロジェクターであり、出射光は無偏光である。
図6および図7に示されるように、プロジェクターPの出射光と透明スクリーンSの中心の延長線上に硫酸バリウム製の完全拡散板Dを配置し、完全拡散板Dの法線方向から色彩輝度計B(トプコン社製、BM−5)を用いて輝度を測定した。
なお、図6は上面図、図7は側面図である。
比較例1の透明スクリーンを用いた輝度測定結果を100として規格化したところ、実施例1の透明スクリーンでは輝度測定結果は10であり、ホットスポットが大幅に抑制されていることが分かった。
<保護フィルム01の作製>
特開2012−18396の実施例([0267]〜[0270])を参考に、セルロースアセテートフィルムを作製した。これを保護フィルム01とする。
保護フィルム01の表面に、下記の組成の配向膜塗布液を#16のワイヤーバーコーターで28mL/m2塗布した。その後、60℃の温風で60秒、さらに90℃の温風で150秒乾燥した。形成された膜表面に、ラビングロールで搬送方向に平行な方向に1000回転/分で回転させてラビング処理を行い、配向膜付き保護フィルム01を作製した。(配向膜塗布液)
下記の変性ポリビニルアルコール 10質量部
水 370質量部
メタノール 120質量部
グルタルアルデヒド(架橋剤) 0.5質量部
特開2012−18396の実施例([0272]〜[0282])を参考に、配向膜付き保護フィルム01上に光学異方性層を形成し、λ/4板56を作製した。Re(550)およびRth(550)は、それぞれ、138nmおよび5nmであった。
支持体32を、下地層を形成したPETフィルムに変えて、配向膜付き保護フィルム01とした以外は、実施例1と同様にして、赤色右円偏光ドット積層体30rR、緑色右円偏光ドット積層体30gRおよび青色右円偏光ドット積層体30bRを作製した。
<右偏光フィルム用の光学素子の作製>
支持体40を、長手方向にラビング処理したPETフィルムに変えて、配向膜付き保護フィルム01とした以外は、実施例1と同様にして、光学素子rR、gRおよびbRを作製した。
粘着剤(総研化学製、SKダイン)を用いて、作製したλ/4板、反射ドット積層体および光学素子を貼り合わせて、図4に示すような、右偏光反射層フィルム26および右偏光ドットフィルム20を有する透明スクリーンを作製した。
積層順は、光学素子rR、光学素子gR、光学素子bR、赤色右円偏光ドット積層体30rR、緑色右円偏光ドット積層体30gR、青色右円偏光ドット積層体30bRおよびλ/4板56の順番とした。また、ドット積層体は、ドットが光学素子とは逆側の面となるように積層した。
光学素子rR、光学素子gRおよび光学素子bRを用いない以外は、実施例2と同様に透明スクリーンを作製した。
すなわち、この透明スクリーンは、右偏光反射層フィルム26を有さない、λ/4板56と右偏光ドットフィルム20のみからなる透明スクリーンである。
<プロジェクターと配置>
プロジェクターは、LSPX−P1(SONY社製)を用いて、透明スクリーンの中心上で5cm角の白が表示されるように、透明スクリーンの下部より画像を照射した。
このプロジェクターはレーザープロジェクターであり、出射光は直線偏光である。
実施例1および比較例1と同様に、図6および図7に示すようにして輝度計Bで輝度を測定した。
比較例2の透明スクリーンを用いた輝度測定結果を100として規格化したところ、実施例2の透明スクリーンでは輝度測定結果は7であり、ホットスポットが大幅に抑制されていることが分かった。
以上の結果より、本発明の効果は明らかである。
12,52,62,S 透明スクリーン
14,54,64,P プロジェクター
20 右偏光ドットフィルム
24 左偏光ドットフィルム
26 右偏光フィルム
28 左偏光フィルム
30rR 赤色右円偏光ドット積層体
30gR 緑色右円偏光ドット積層体
30bR 青色右円偏光ドット積層体
30rL 赤色左円偏光ドット積層体
30gL 緑色左円偏光ドット積層体
30bL 青色左円偏光ドット積層体
32,40 支持体
34rR 赤色右円偏光反射ドット
34gR 緑色右円偏光反射ドット
34bR 青色右円偏光反射ドット
34rL 赤色左円偏光反射ドット
34gL 緑色左円偏光反射ドット
34bL 青色左円偏光反射ドット
36 オーバーコート層
42rR 赤色右円偏光反射層
42gR 緑色右円偏光反射層
42bR 青色右円偏光反射層
42rL 赤色左円偏光反射層
42gL 緑色左円偏光反射層
42bL 青色左円偏光反射層
B 輝度計
D 完全拡散板
Claims (10)
- コレステリック液晶相を固定してなるドットを二次元的に配列してなるドット配列と、
コレステリック液晶相を固定してなる層と、を有することを特徴とする透明スクリーン。 - 前記ドットの選択反射波長と、前記層の選択反射波長とが等しい請求項1に記載の透明スクリーン。
- 前記ドットにより反射される円偏光の回転方向と、前記層により反射される円偏光の回転方向とが同じである請求項1または2に記載の透明スクリーン。
- 前記ドット配列を、複数、有し、かつ、それぞれの前記ドット配列の選択反射波長が異なり、さらに、
前記層を、複数、有し、かつ、それぞれの前記層の選択反射波長が異なる請求項1〜3いずれか1項に記載の透明スクリーン。 - 前記ドット配列として、赤色光を反射するドット配列と、緑色光を反射するドット配列と、青色光を反射するドット配列と、を有し、
前記層として、赤色光を反射する層と、緑色光を反射する層と、青色光を反射する層と、を有する請求項4に記載の透明スクリーン。 - 前記ドット配列として、右円偏光を反射するドット配列と、左円偏光を反射するドット配列と、を有し、
前記層として、右円偏光を反射する層と、左円偏光を反射する層と、を有する請求項1〜5のいずれか1項に記載の透明スクリーン。 - さらに、λ/4板を有する請求項1〜6のいずれか1項に記載の透明スクリーン。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の透明スクリーンと、
出射光が無偏光のプロジェクターと、を有することを特徴とする画像表示システム。 - 請求項7に記載の透明スクリーンと、
出射光が直線偏光のプロジェクターと、を有することを特徴とする画像表示システム。 - 前記層と前記プロジェクターとの間に、前記ドット配列が位置し、かつ、
前記ドット配列は、前記ドットの凸を前記プロジェクターに向ける請求項8または9に記載の画像表示システム。
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