JP5862018B2 - 表示素子、表示素子の制御方法及び画像表示システム - Google Patents

Description

本発明は、表示素子、表示素子の制御方法及び画像表示システムに関する。

従来から、スクリーン上にプロジェクター等により映像を表示する技術が知られている。近年、透明なスクリーンに映像光を拡散、散乱させて映像を表示する技術が提案されている。この技術を用いると、スクリーンが配置される実空間の人物や物体がスクリーンを透かして観察され、映像を実空間と同化させることができる。

例えば、ウインドウディスプレイされた展示品に関する情報をウインドウガラスに映すことにより、展示品の観察を妨げずに情報を効果的に表示することができる。銀行等の窓口にて、来訪者の情報を受付者側に表示したり、受付者の情報を来訪者側に表示したりすることにより、窓口業務を円滑に進めることが可能になる。テレビ会議や無人受付等において、人物のみを切り出した映像を映すことにより、あたかも人物が居合わせているようなリアリティーを提供することができる。

このように、透明なスクリーンを用いると、ディスプレイというデバイスの存在を観察者に感じさせないで映像表現することができ、効果的な情報提供や臨場感溢れる映像演出が可能となる。透明なスクリーンとして、特許文献１、２に開示されているものが挙げられる。特許文献１には、非拡散光である参照光と、光拡散体から拡散された物体光との干渉によるパターンを記録するホログラムスクリーンの製造方法が提案されている。特許文献２には、液晶層により透過／散乱を切替え可能なスクリーンが提案されている。

非特許文献１には、印加電圧を制御することにより鏡面状態と透明状態とに変化するエレクトロクロミック材料からなる調光ミラーフィルムが開示されている。

特開２０００−７５１３９号公報 特開平６−８２７４８号公報

"調光ミラー"、産業技術総合研究所、インターネットＵＲＬ：http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2007/pr20071121/pr20071121.html

さて、特許文献１、２の技術を用いたスクリーンは、非使用時には透明であることにより、非使用時におけるスクリーンそのものの存在感を可能な限り少なくし、周囲の環境と調和した映像機器を提供可能であるが、そのスクリーンの散乱特性として前方散乱が主体であり、後方散乱はほぼ含まない。即ち、投射型プロジェクター用スクリーンとして用いる場合、リア投射型のスクリーンとしては十分に視認可能な映像を投影可能であるが、フロント投射型のスクリーンに用いる場合、散乱が足りず十分に視認可能な映像を投影することができない。

そこで、非使用時にスクリーンの存在を少なくするととともに、使用時において十分な散乱特性の得られるフロント投射型プロジェクター用のスクリーンが求められていた。そして、そのスクリーンを実現するために光の散乱と透過とを制御する表示素子と表示素子の制御方法が求められていた。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
本適用例にかかる表示素子は、電気的なスイッチングにより、可視光を散乱させる散乱状態と可視光を透過させる透過状態とが切替わる透過／散乱切替層と、電気的なスイッチングにより、可視光を反射させる鏡状態と可視光を透過させる透過状態とが切り替わる透過／反射切替層と、を重ねて備えたことを特徴とする。

この表示素子によれば、電気的なスイッチングにて状態を切り替えられる透過／散乱切替層と透過／反射切替層とを重ねてそなえている。光を散乱させたいとき、透過／散乱切替層を散乱状態に設定し、透過／反射切替層を鏡状態に設定する。これにより、表示素子に入射する可視光は透過／散乱切替層にて散乱する。そして、透過／散乱切替層にて透過する可視光は透過／反射切替層にて反射した後透過／散乱切替層にて散乱する。従って、可視光を確実に散乱させることができる。

可視光を透過させたいとき、透過／散乱切替層を透過状態に設定し、透過／反射切替層を透過状態に設定する。これにより、表示素子に入射する可視光は透過／散乱切替層及び透過／反射切替層を透過する。従って、可視光は表示素子を確実に透過させることができる。従って、表示素子は電気的なスイッチングにて透過状態と散乱状態とを品質よく切り替えることができる。

［適用例２］
上記適用例にかかる表示素子において、前記透過／散乱切替層は、一対の電極と、一対の前記電極の間に配置された高分子分散型液晶層と、を備え、前記透過／反射切替層はエレクトロクロミック材料を有する調光ミラー層を備えていることを特徴とする。

この表示素子によれば、透過／散乱切替層は、一対の透明電極と、一対の透明電極の間に配置された高分子分散型液晶層を備えている。従って、一対の透明電極に印加する電圧を切り替えることにより、透過／散乱切替層は確実に透過状態と散乱状態とを切り替えることができる。そして、透過／反射切替層はエレクトロクロミック材料を有する調光ミラー層を備えている。従って、エレクトロクロミック材料に印加する電圧を切り替えることにより、透過／反射切替層は確実に鏡状態と透過状態とを切り替えることができる。

［適用例３］
上記適用例にかかる表示素子において、前記調光ミラー層と前記高分子分散型液晶層とが保護層を介して積層されていることを特徴とする。

この表示素子によれば、調光ミラー層と高分子分散型液晶層とが保護層を介して積層されている。通常、高分子分散型液晶層は一対の板に挟持された状態で透過／反射切替層と積層される。本適用例では板の代わりに保護層を介して透過／反射切替層と高分子分散型液晶層とが積層されている。このようにすれば、透過／反射切替層と高分子分散型液晶層との距離を短くすることができる。このため、表示素子を散乱状態にする時、表示素子に入射した光が透過／反射切替層の反射する場所に到達する以前に高分子分散型液晶領域の液晶散乱部で前方散乱した光と、調光領域の鏡部で反射した後に高分子分散型液晶領域の液晶散乱部で前方散乱した光と、の掛け合わせによる映像ボケを抑制することが可能となる。

［適用例４］
上記適用例にかかる表示素子において、前記透過／反射切替層は一対の電極を備え、前記調光ミラー層は前記透過／反射切替層が備える一対の前記電極の一方であり、前記調光ミラー層は前記透過／反射切替層の前記高分子分散型液晶層側に位置し、前記調光ミラー層は前記透過／散乱切替層が備える一対の前記電極の一方を兼ねることを特徴とする。

この表示素子によれば、高分子分散型液晶層と透過／反射切替層との間に調光ミラー層が位置している。そして、調光ミラー層は高分子分散型液晶層に電圧を印加する電極と透過／反射切替層に電圧を印加する電極とを兼ねている。従って、高分子分散型液晶層と透過／反射切替層との間に各層に対応する電極を設置する場合に比べて、高分子分散型液晶層と透過／反射切替層の距離をより一段と短くすることができる。且つ、透過／散乱切替層で光を散乱させる場所と透過／反射切替層で光を反射させる場所の間における界面数を減らすことができる。このためフレネル反射を抑制することができ、観察者は、より一層明瞭な解像度をもった映像を視認することが可能となる。

［適用例５］
上記適用例にかかる表示素子において、前記調光ミラー層は接地されていることを特徴とする。

この表示素子によれば、調光ミラー層は接地されている。従って、高分子分散型液晶層駆動時において透過／反射切替層の透過／鏡状態を一定の状態に保ちたいとき、高分子分散型液晶層における調光ミラー層と異なる電極に正負の電圧を印加することで、調光ミラー層の透過／鏡状態を一定に保つことができる。その結果、表示素子の駆動制御を容易にすることができる。

［適用例６］
上記適用例にかかる表示素子において、前記高分子分散型液晶層は、電圧非印加時において透過状態が得られるリバースモードであることを特徴とする。

この表示素子によれば、高分子分散型液晶層は、電圧未印加時に透明状態である「リバースモード」の高分子分散型液晶である。透過／反射切替層は双安定であり、表示素子を透過状態にするときは透過／反射切替層を透明状態に設定しておく。高分子分散型液晶層は電圧未印加状態にして透明状態を維持する。これにより、表示素子を透過状態にするとき、消費電力を抑制した状態で透明状態を維持することができる。その結果、省資源な表示素子とすることができる。

［適用例７］
上記適用例にかかる表示素子において、前記高分子分散型液晶層は、複屈折性を有するポリマー部及び液晶部を交互に積層配置したホログラム構造体であり、前記ホログラム構造体を通過する可視光の透過と散乱とを電気的に切替可能であることを特徴とする。

この表示素子によれば、高分子分散型液晶層は、複屈折性を有するポリマー部及び液晶部を交互に積層配置したホログラム構造体である。そして、高分子分散型液晶層は射出するホログラムパターンを電気的に切替可能である。これにより、入射した光が高分子分散型液晶層を通過する際の角度を、透過／反射切替層に到達する前と透過／反射切替層で反射した後とで異ならせることが可能であるため、透過／反射切替層に到達する前と透過／反射切替層で反射した後とで、散乱／透過の作用を異ならせることが可能となる。即ち、透過／反射切替層で反射した後の角度に対してのみ散乱するように液晶層をホログラム記録させておくことが可能となる。これにより、入射した光は透過／反射切替層に到達する以前に散乱することがなくなる。従って、透過／反射切替層で反射した後に液晶散乱部で前方散乱した光のみを射出させることが可能となる。その結果、散乱した光が映像を構成するとき、一層映像ボケを抑えることが可能となり、極めて明瞭な解像度をもった映像を視認することが可能となる。

［適用例８］
本適用例にかかる上記に記載の表示素子を制御する表示素子の制御方法は、前記表示素子を散乱状態にする時において、前記透過／散乱切替層は散乱状態であり、前記透過／反射切替層は鏡状態であるように制御することを特徴とする。

この表示素子の制御方法によれば、表示素子を散乱状態にする時には、透過／散乱切替層は散乱状態であり、透過／反射切替層は鏡状態である。従って、表示素子に入射する可視光は透過／散乱切替層にて散乱する。そして、透過／散乱切替層にて透過する可視光は透過／反射切替層にて反射した後透過／散乱切替層にて散乱する。従って、可視光を確実に散乱させることができる。

［適用例９］
本適用例にかかる上記に記載の表示素子を制御する表示素子の制御方法は、前記表示素子を透過状態にする時において、前記透過／散乱切替層は透過状態であり、前記透過／反射切替層は透過状態であるように制御することを特徴とする。

この表示素子の制御方法によれば、表示素子を透過状態にする時において、透過／散乱切替層は透過状態であり、透過／反射切替層は透過状態である。従って、可視光は表示素子を確実に透過させることができる。

［適用例１０］
本適用例にかかる画像表示システムは、映像を構成する可視光を射出するプロジェクターと、前記映像を投影するスクリーンと、を有し、前記スクリーンに上記適用例にかかる表示素子の制御方法を用いて制御する表示素子を用いたことを特徴とする。

この表示素子の画像表示システムによれば、スクリーンが透過状態と散乱状態とを切り替えられる。従って、映像を投影しないときには、スクリーンを透過状態にすることができる。そして、スクリーンが散乱状態のときには十分な散乱特性が得られる為、品質の良い映像を表示することができる。

第１実施形態にかかり表示システムの全体構成を示す模式図。 スクリーンの構成を示す模式断面図。 第２実施形態にかかりスクリーンの構成を示す模式断面図。 クリーン中の光の挙動を説明するための模式図。 第３実施形態にかかりスクリーンの構成を示す模式断面図。 第４実施形態にかかりスクリーンの構成を示す模式断面図。 高分子分散型ホログラム液晶の側面断面図。 ホログラム構造体の製造方法の説明図。 ホログラム構造体の機能を説明するための模式図。 ホログラム構造体を有するスクリーンの動作を説明するための模式図。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。説明に用いる図面において、特徴的な部分を分かりやすく示すために、図面中の構造の寸法や縮尺を実際の構造に対して異ならせている場合がある。また、実施形態において同様の構成要素については、同じ符号を付して図示し、その詳細な説明を省略する場合がある。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の表示システムの全体構成を示す模式図である。図１（ａ）は、表示システム１の非使用時を示す図であり、図１（ｂ）は表示システム１の使用時を示す図である。表示システム１は、プロジェクター３及び表示素子としてのスクリーン２により構成されている。背景４は、表示システム１とは無関係に存在する背景であり、例えば本実施形態では木目調の壁面を表している。

第１実施形態の表示システム１は、概略すると以下のように動作する。
表示システム１を非使用時には、図１（ａ）に示すように、スクリーン２には電圧は印加されていない。プロジェクター３にも電源は投入されておらず、映像は出力されていない。このときスクリーン２は透明な状態を維持しており、観察者５からは背景４が視認され、あたかもスクリーン２が存在しないかのような景観を提供可能となる。

表示システム１の使用時には、図１（ｂ）に示すように、スクリーン２に電圧が印加され後方散乱状態が提供される。これによりプロジェクター３からは通常のスクリーンが存在するのと同様の方法で映像が投影でき、観察者５は、視認するのに十分な映像を観察可能となる。

図２は、スクリーンの構成を示す模式断面図である。図２に示すように、スクリーン２は、透過／散乱切替層１４と透過／反射切替層２２とが重ねて構成されている。

透過／散乱切替層１４は、透明導電膜からなる電極としての透明電極１２が成膜された２枚の透明基板１１に高分子分散型液晶層１３が挟持される形で提供される。透明電極１２は液晶駆動用電源４０に接続され、高分子分散型液晶層１３に電界が印加されることにより、透過／散乱切替層１４は透明／散乱の切り替えが可能となる。ここで高分子分散型液晶層１３としては、電界未印加時に透明状態であり、電界印加時に散乱状態となる所謂リバースモードが使われている。

透過／反射切替層２２は、非特許文献１に開示されているように透明基板２１上に電極としての透明導電膜２０、イオン貯蔵層１９、固体電解質層１８、バッファー層１７、触媒層１６、調光ミラー層１５を、積層することにより形成されている。透明導電膜２０としてはＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、イオン貯蔵層１９としてはＷＯ₃、固体電解質層１８としてはＴａ₂Ｏ₅、バッファー層１７としてはＡｌ、触媒層１６としてはＰｄ、調光ミラー層１５としてはエレクトロクロミック材料としてのＭｇ−Ｎｉ合金等が例えば用いることが可能であり、それぞれマグネトロンスパッタ装置で室温成膜可能であることが、非特許文献１に開示されている。そして、調光ミラー層１５及び透明導電膜２０は直流電源８の電力を供給する電極として作用する。

透過／反射切替層２２の初期状態は鏡状態である。５Ｖ程度の電圧を印加するとイオン貯蔵層１９中に蓄えられている水素イオンが調光ミラー層１５中に移動し、金属状態のＭｇ−Ｎｉ合金が水素化されて非金属状態になることにより透明に変化する。また極性を反転し、−５Ｖ程度の電圧を印加すると水素イオンがイオン貯蔵層１９中へ戻り、調光ミラー層１５は元の金属状態に戻り、鏡として機能する。これらの現象についても、非特許文献１に開示されているとおりである。

ここで、透過／散乱切替層１４及び透過／反射切替層２２の各々独立したプロセスで作成した各層を、メカニカルクリップ２３のような機械的な挟持により重ね合わせることにより、スクリーン２が形成される。透過／散乱切替層１４及び透過／反射切替層２２は電気的に独立に駆動し、またアライメント精度は外形に大きなズレが生じない程度であれば、スクリーンとして問題なく機能するため、簡易な方法による重ね合わせでスクリーン２を形成可能である。尚、重ね合わせの方法は、機械的な挟持に限らず、接着等、透過／散乱切替層１４と透過／反射切替層２２の機能に影響を与えない方法であれば何でもよい。

スクリーン２を使用するときにはスクリーン２を散乱状態にする。この時には透過／散乱切替層１４は散乱状態であり、透過／反射切替層２２は鏡状態であるように制御する。スクリーン２を使用しないときにはスクリーン２を透過状態にする。この時には透過／散乱切替層１４は透過状態であり、透過／反射切替層２２は透過状態であるように制御する。

尚、調光ミラー層１５の上層には、不示図の保護層を設け、調光ミラー層１５の劣化を防止することも適宜可能である。このようにして、使用時には大きな後方散乱成分が得ることが可能で、非使用時には透明であり、周囲の景観を損なうことのないフロント投射型プロジェクター用のスクリーン２が提供可能となる。

上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によればスクリーン２は電気的なスイッチングにて状態を切り替えられる透過／散乱切替層１４と透過／反射切替層２２とを重ねてそなえている。光を散乱させたいとき、透過／散乱切替層１４を散乱状態に設定し、透過／反射切替層２２を反射状態（鏡状態）に設定する。これにより、スクリーン２に入射する可視光は透過／散乱切替層１４にて散乱する。そして、透過／散乱切替層１４にて透過する可視光は透過／反射切替層２２にて反射した後透過／散乱切替層にて散乱する。従って、可視光を確実に散乱させることができる。

可視光を透過させたいとき、透過／散乱切替層１４を透過状態に設定し、透過／反射切替層２２を透過状態に設定する。これにより、表示素子に入射する可視光は透過／散乱切替層１４及び透過／反射切替層２２を透過する。従って、スクリーン２は可視光を確実に透過させることができる。従って、スクリーン２は電気的なスイッチングにて透過状態と散乱状態とを品質よく切り替えることができる。

（２）本実施形態によれば、高分子分散型液晶層１３は電圧未印加時に透明状態である「リバースモード」の高分子分散型液晶である。透過／反射切替層２２は双安定であり、スクリーン２を透過状態にするときは透過／反射切替層２２は透明状態に設定しておく。高分子分散型液晶層１３は電圧未印加状態にして透明状態を維持する。これにより、スクリーン２を透過状態にするとき、消費電力を抑制した状態で透明状態を維持することができる。その結果、省資源な表示素子とすることができる。

（３）本実施形態によれば、スクリーン２が透過状態と散乱状態とを切り替えられる。従って、映像を投影しないときには、スクリーンを透過状態にすることができる。そして、スクリーンが散乱状態のときには十分な散乱特性が得られる為、品質の良い映像を表示することができる。

（第２実施形態）
次に、スクリーンの一実施形態について図３のスクリーンの構成を示す模式断面図を用いて説明する。本実施形態が第１実施形態と異なるところは、透過／散乱切替層と透過／反射切替層とを基板を介することなく積層している点にある。尚、第１実施形態と同じ点については説明を省略する。

図３に示すように、スクリーン６は透過／反射切替層２４と透過／散乱切替層２７とが重ねて設置されている。透過／反射切替層２４に関しては、第１実施形態の透過／反射切替層２２とほぼ同様の構造であり、またその製造プロセスもほぼ同様であるため共通する部分の説明を省略する。第１実施形態と異なる点は、透過／散乱切替層１４において透過／反射切替層２２側に位置する透明基板１１を保護層２５と入れ換えた点にある。製造手順では調光ミラー層１５を成膜した後に保護層２５を積層する。保護層２５を積層した透過／反射切替層２４を作成した後、透過／散乱切替層２７の製造プロセスを行う。保護層２５としては、例えばＳｉＯ₂等の透水性の低い材料を５μｍ積層することにより形成可能である。

透過／散乱切替層２７にとって下側支持媒体となる透過／反射切替層２４の上に透明電極１２を成膜する。また、透過／散乱切替層２７にとって上側支持基板となる透明基板１１に透明電極１２を成膜する。その後、透明電極１２を成膜済みの透過／反射切替層２４の上に液晶滴下工法にて液晶を滴下し、透明電極１２付の透明基板１１を貼り合わせ、シール硬化することで完成する。尚、本実施例では液晶封入方式として液晶滴下工法を示したが、液晶注入法を用いても構わない。

また、透過／反射切替層２４と透過／散乱切替層２７とは電気的に独立しており、透過／散乱切替層２７の透過／散乱状態、及び透過／反射切替層２４の透過／鏡状態は独立に制御可能である。

このようにすることで、透過／散乱切替層２７で光を散乱する場所と透過／反射切替層２４で光を反射する場所の距離を短くすることが可能となる。スクリーン６に入射した光は、調光ミラー層１５に到達する以前に高分子分散型液晶層１３で前方散乱した光が調光ミラー層１５で反射した後、再度高分子分散型液晶層１３に入射し、その光が前方散乱することにより、スクリーン６全体として後方散乱となって、観察者に視認されるようになる。

図４はスクリーン中の光の挙動を説明するための模式図である。第１実施形態で示した構造の場合、図４（ａ）に示すように透過／散乱切替層１４を支持する透明基板１１の厚みを介して透過／反射切替層２２の調光ミラー層１５が存在する。このため、高分子分散型液晶層１３に初回入射した光の散乱成分が大きく広がった後に調光ミラー層１５で反射され、再度高分子分散型液晶層１３で散乱されるため、画素が大きくボケた状態で視認される。それに対し第２実施形態で示した構造の場合、図４（ｂ）に示すように高分子分散型液晶層１３に初回入射した光の散乱成分が大きく広がる以前に調光ミラー層１５で反射され、再度高分子分散型液晶層１３で散乱されるため、画素のボケを低減することができるようになる。これにより、観察者に対し、解像度の高い明瞭な映像を提供することが可能となる。

上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、調光ミラー層１５と高分子分散型液晶層１３とが保護層２５を介して積層されている。従って、調光ミラー層１５と高分子分散型液晶層１３とが透明基板１１を介して積層されている場合に比べて、調光ミラー層１５と高分子分散型液晶層１３との距離を短くすることができる。このため、スクリーン６を散乱状態にする時、スクリーン６に入射した光が調光ミラー層１５の反射する場所に到達する以前に高分子分散型液晶層１３で前方散乱した光と、調光ミラー層１５で反射した後に高分子分散型液晶層１３で前方散乱した光と、の掛け合わせによる映像ボケを抑制することが可能となる。

（第３実施形態）
次に、スクリーンの一実施形態について図５のスクリーンの構成を示す模式断面図を用いて説明する。本実施形態が第２実施形態と異なるところは、調光ミラー層１５が高分子分散型液晶層１３の電極と透過／反射切替層２４の電極とを兼ねる点にある。尚、第２実施形態と同じ点については説明を省略する。

図５に示すように、スクリーン９は透過／反射切替層２４と透過／散乱切替層２８とを備えている。透過／反射切替層２４に関しては、第２実施形態と同様の構造であり、またその製造プロセスも同様であるため説明を省略する。保護層２５を形成した後は、透過／散乱切替層２８の製造プロセスを行う。

上側支持基板となる透明基板１１に透明電極１２を成膜する。その後、透過／反射切替層２４を形成済みの基板上に液晶滴下工法にて液晶を滴下し、透明電極１２付の透明基板１１を貼り合わせ、シール硬化することで完成する。尚、本実施例では液晶封入方式として液晶滴下工法を示したが、液晶注入法を用いても構わない。

第３実施形態において調光ミラー層１５は、透過／反射切替層２４用上側電極として機能し、また透過／散乱切替層２８の下側電極として機能する。そのため、例えば調光ミラー層１５を接地し、透過／反射切替層２４と透過／散乱切替層２８と、にスイッチを介して各々独立した電源に接続することで独立に駆動させることができる。

スクリーン９に映像を投影する時には、スクリーン９に投射された光を反射させる必要があるため透過／反射切替層２４はミラーとして機能する。そのため、透明導電膜２０に調光ミラー層１５に対して負のバイアス電圧を印加し鏡状態を得る。その後、調光ミラー領域のスイッチをオープンにし、透過／散乱切替層２８のスイッチをクローズにして、透明電極１２に正負の交流バイアスを印加することで透過／散乱切替層２８を散乱状態に切り替える。これにより、透過／反射切替層２４を鏡状態にすることができる。このとき、調光ミラー層１５は接地しているため、透明電極１２の交流バイアス印加の有無に依らず、透過／反射切替層２４中の水素イオンは移動しない。

スクリーン９を非使用時は、スクリーン９は透明状態である。そのため、透明導電膜２０に調光ミラー層１５に対して正のバイアス電圧を印加し透明状態を得る。その後、調光ミラー領域のスイッチをオープンにして、その状態を維持する。透過／散乱切替層２８は、リバースモードを採用しているため、電界を印加していない状態であれば透明である。これにより、透明状態のスクリーンを得ることができる。

上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば高分子分散型液晶層１３と透過／反射切替層２４との間に調光ミラー層１５が位置している。そして、調光ミラー層１５は高分子分散型液晶層１３に電圧を印加する電極と透過／反射切替層２４に電圧を印加する電極とを兼ねている。従って、高分子分散型液晶層１３と透過／反射切替層２４との間に各層に対応する電極を設置する場合に比べて、高分子分散型液晶層１３と透過／反射切替層２４の距離をより一段と短くすることができる。且つ、透過／散乱切替層２８で光を散乱させる場所と透過／反射切替層２４で光を反射させる場所の間における界面数を減らすことができる。このためフレネル反射を抑制することができ、観察者は、より一層明瞭な解像度をもった映像を視認することが可能となる。また、希少金属を含む透明電極を一層省略することができるため、資源枯渇に対する対策となるとともに、生産性良くスクリーン９を生産することが可能となる。

（第４実施形態）
次に、スクリーンの一実施形態について図６〜図１０を用いて説明する。本実施形態が第１実施形態と異なるところは、透過／散乱切替層１４における高分子分散型液晶層１３が高分子分散型ホログラム液晶である点にある。尚、第１実施形態と同じ点については説明を省略する。

図６は、スクリーンの構成を示す模式断面図である。図６に示すように、スクリーン１０は透過／反射切替層２２と透過／散乱切替層２９とを備えている。そして、透過／散乱切替層２９には高分子分散型ホログラム液晶３０が設置されている。

次に、高分子分散型ホログラム液晶３０について説明する。図７は高分子分散型ホログラム液晶の側面断面図である。図７（ａ）は電界無印加時の状態であり、図７（ｂ）は電界印加時の状態である。図７（ａ）に示すように、このホログラム構造体３１には、ガラス等の透明材料からなる一対の基板３２が対向配置されている。各基板３２の内面には、インジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide；ＩＴＯ）等の透明導電性材料からなる電極３３と、ポリイミド等からなる配向膜３４とが順に積層されている。この配向膜３４の表面には、一定方向にラビング処理が施されている。

この一対の基板３２の間に、光学機能層３５が挟持されている。この光学機能層３５は、複屈折性を有する多数のポリマー部３７と、液晶部３６とを周期的に繰り返し積層配置した干渉縞構造を有している。また配向膜３４の作用により、ポリマー部３７を構成するポリマー前駆体と、液晶部３６を構成する液晶分子とが、ともに一定方向に配向している。ここで用いる液晶として、ネマティック液晶ＴＬ−２０２、Ｅ８（メルクジャパン社製）等を例示することができ、ポリマー前駆体として、ビフェニルメタクリレート等を例示することができる。尚、ポリマー前駆体の混合割合は５〜３０ｗｔ％とすることが望ましい。

図８は、ホログラム構造体の製造方法の説明図である。上述したホログラム構造体は、２光束干渉露光装置７０を用いて作製する。この２光束干渉露光装置７０は、レーザー光源７１と、レーザー光７１Ｓを２つに分岐させるビームスプリッター７２と、分岐した一方のレーザー光を物体波７１ＳＡとして構造体３１ａに導くミラー７８、記録する物体７４と、他方のレーザー光を参照波７１ＳＢとして構造体３１ａに導くミラー７６，７７とによって概略構成されている。ここで物体７４としては散乱物体を用いている。

ポリマー前駆体が液晶とともに配向した状態の構造体３１ａに対して、上述した２光束干渉露光装置７０を用いて、２方向から所定の角度で光を照射する。すると、２方向の光の干渉により光強度（振幅）の大きい箇所でポリマー前駆体が重合し、図７に示すポリマー部３７が形成されるとともに、複数のポリマー部３７が干渉縞構造を呈するようになる。これにより、ホログラム構造体３１が形成される。尚、図８ではレーザー光源が１つしか記載されていないが、Ｒ，Ｇ，Ｂ三色のレーザー光源を用いて同時にホログラム記録材料に露光することにより、白色参照光に対応したホログラムを作成可能である。

図７（ａ）に戻り、電界無印加状態のホログラム構造体３１では、ポリマー部３７を構成するポリマー前駆体及び液晶部３６を構成する液晶分子が同方向に配向している。そのため、液晶部３６の屈折率とポリマー部３７の屈折率とがほぼ一致している。したがって、一方の基板からの入射光は光学機能層３５を透過して他方の基板から射出する。図９はホログラム構造体の機能を説明するための模式図である。すなわち図９（ａ）に示すように、ホログラム構造体３１への入射光９０は、それと同一直線上の射出光路９１に沿って射出することになる。

これに対して、図７（ｂ）に示すように、電界印加状態のホログラム構造体３１では、液晶部３６の液晶分子のみが電界方向に沿って配列し、ポリマー部３７による干渉縞構造が現れる。これにより、液晶部３６の屈折率とポリマー部３７の屈折率とが異なった状態になる。そのため、ポリマー部３７の干渉縞構造のピッチに対応した波長の光が、一方の基板に対して所定方向から入射すると、所定方向のホログラムパターンが射出される。具体的には、図８に示す参照波７１ＳＢと同じ方向から光がホログラム構造体３１に入射するとき、物体波７１ＳＡが投射されたときと同様の散乱パターンが射出される。すなわち図９（ｂ）に示すように、ホログラム構造体３１への入射光９０は、散乱光９２として射出することになる。また、図８に示す参照波７１ＳＢと異なる角度から入射して光に対してはホログラムパターンは出現せず、電圧無印加の状態と同様に、入射光線と同一直線上の光路に沿って射出する。

図１０はホログラム構造体を有するスクリーンの動作を説明するための模式図である。図１０に示すプロジェクター３から入射する光線２６において、調光ミラー層１５で反射されて高分子分散型ホログラム液晶３０に入射する光線２６ａと高分子分散型ホログラム液晶３０との相対位置は、図８に示す参照波７１ＳＢとホログラム構造体３１の相対位置と同一である。したがって、図１０に示す高分子分散型ホログラム液晶３０は、電圧印加時には散乱媒質、電圧無印加時には透過媒質として機能すると共に、電圧印加時においても調光ミラー層１５で反射される以前の光線２６に対しては透過媒質として機能し、調光ミラー層１５で反射した後の光線２６ａに対しては散乱媒質として機能させることができる。

これにより、入射した光は調光領域の鏡部に到達する以前に散乱することがなくなり、観察者は、調光領域の鏡部で反射した後に液晶散乱部で前方散乱した光のみを視認することが可能となるため、より一層映像ボケを抑えることが可能となり、極めて明瞭な解像度をもった映像を視認することが可能となる。

尚、本実施形態では、図７に示すようにポリマー部３７を構成するポリマー前駆体及び液晶部３６を構成する液晶分子を一定方向に配向させる構成としたが、一対の基板３２間でねじれ（ツイスト）配向させる構成としても良い。具体的には、カイラル成分をもつ材料を光学機能層３５に微量添加することによって、ねじれ配向を実現することができる。ねじれ配向を採用することによって、干渉効果や散乱効果の偏光依存性を小さくすることができる。

尚、本発明の技術範囲は前記実施形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない範囲内で多様な変形が可能である。例えば、スクリーンとしては、高分子分散型液晶層に代えて、動的散乱モードで駆動される液晶層を用いたものでもよい。この液晶層は、例えばホメオトロピック配向（垂直配向）のものである。液晶層に閾値以上の電圧を印加すると、液晶分子に対して電流による配向効果が電界による配向効果よりも大きくなり、流体力学的な不安定現象が生じる。この不安定現象は、カー・ヘルフリッヒ効果と呼ばれている。この効果により、液晶層中に乱流を生じて、液晶層が動的散乱状態（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）になる。

２…表示素子としてのスクリーン、３…プロジェクター、１２…電極としての透明電極、１３…高分子分散型液晶層、１４，２７，２８，２９…透過／散乱切替層、１５…調光ミラー層、２０…電極としての透明導電膜、２２…透過／反射切替層、２５…保護層。

Claims (8)

1. 電気的なスイッチングにより、可視光を散乱させる散乱状態と可視光を透過させる透過状態とが切替わる透過／散乱切替層と、
   電気的なスイッチングにより、可視光を反射させる鏡状態と可視光を透過させる透過状態とが切り替わる透過／反射切替層と、
   を重ねて備え、
   前記透過／反射切替層は第１の電極および第２の電極を含み、
   前記透過／散乱切替層は前記第２の電極および第３の電極を含み、
   前記第２の電極は接地され、
   前記透過／反射切替層にはそれぞれ極性の異なるバイアス電圧が印加可能であり、
   前記透過／散乱切替層には交流バイアス電圧が印加可能であり、
   前記透過／反射切替層に前記バイアス電圧が印加されない状態とすることが可能であり、
   前記透過／散乱切替層は、ねじれ配向される液晶分子を含む高分子分散型液晶層を備え、
   前記透過／反射切替層はエレクトロクロミック材料を有する調光ミラー層を備えることを特徴とする表示素子。
2. 前記調光ミラー層と前記高分子分散型液晶層との間に保護層を備えていることを特徴とする請求項１に記載の表示素子。
3. 前記調光ミラー層は前記透過／反射切替層の前記第２の電極であることを特徴とする請
   求項２に記載の表示素子。
4. 前記高分子分散型液晶層は、電圧非印加時において透過状態が得られるリバースモードであることを特徴とする請求項２〜３のいずれか１項に記載の表示素子。
5. 前記高分子分散型液晶層は、複屈折性を有するポリマー部及び液晶部を交互に積層配置したホログラム構造体であり、前記ホログラム構造体を通過する可視光の透過と散乱とを電気的に切替可能であることを特徴とする請求項２〜３のいずれか１項に記載の表示素子。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の表示素子を制御する表示素子の制御方法であって、
   前記表示素子を散乱状態にする時において、前記透過／散乱切替層は散乱状態であり、
   前記透過／反射切替層は鏡状態であるように制御することを特徴とする表示素子の制御方法。
7. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の表示素子を制御する表示素子の制御方法であって、
   前記表示素子を透過状態にする時において、前記透過／散乱切替層は透過状態であり、
   前記透過／反射切替層は透過状態であるように制御することを特徴とする表示素子の制御方法。
8. 映像を構成する可視光を射出するプロジェクターと、前記映像を投影するスクリーンと、を有し、
   前記スクリーンに請求項６または７に記載の表示素子の制御方法を用いて制御する表示素子を用いたことを特徴とする画像表示システム。

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