(57)【要約】  均一な光分布を生じる光学表示素子及びこのような素子の製造方法を開示する。光学表示素子は、垂直及び水平方向に配列した導波管を有する。導波管は、光投射側へ行くほど断面積が減少する円錐形状を有する。導波管の大きさ、高さ、間隔、及び屈折率のうち、少なくともいずれか１つを、光源から入射される入射角及び／または光度によって、領域毎に異なるように設計する。従って、投射される光強さを、光学素子の全部分に亘って均一化させることができる。
2007536595.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
底辺から傾斜した側壁を有し、光学素子の後方中心の光源から入射したイメージ光線を内部で反射させて外部に投射する導波管を備えた光学表示素子であって、
スクリーンの全部分に亘って配列された前記導波管は、同じ底辺と高さを有し、かつ、全反射が遂行できる角度範囲内でスクリーンの中心部から半径方向周辺部へ行くほど前記導波管の側壁の傾きを徐々に減少させることにより、スクリーンの中心部の導波管と比較して、スクリーンの周辺部の導波管の方がイメージ光線の反射回数が減少するようにすることを特徴とする区域中の光分布の均一化を期した表示素子。
【請求項２】
底辺から傾斜した側壁を有し、半径方向の後方中心の光源から入射されたイメージ光線を内部で反射させて外部に投射する導波管を備えた光学表示素子であって、
スクリーンの全部分に亘って配列された全ての前記導波管は、同じ底辺と高さを有し、かつ、前記導波管の側壁の傾きを、全反射がなされる角度範囲内で、入射角によってスクリーンの中心部から半径方向周辺部に行くほど徐々に減少させることにより、前記中心部から同一な半径上に位置する前記導波管は、前記中心部を基準にして対称の同じ側壁の傾きを有することを特徴とする区域中の光分布の均一化を期した表示素子。
【請求項３】
底辺から傾斜した側壁を有し、光学素子の後方中心の光源から入射されたイメージ光線を内部で反射させて外部に投射する導波管を備えたディスプレイ用光学表示素子であって、
スクリーンの全部分に亘って配列された前記導波管は、同じ底辺と高さを有し、かつ、前記導波管は全反射が生じることができる角度範囲内で、水平方向または垂直方向の一方向のみに中心部から周辺部へ向かって入射角によって徐々に前記導波管の側壁の傾きを減少させたことを特徴とする光分布の均一化を期したディスプレイ用光学素子。
【請求項４】
前記スクリーンの中央に位置する前記導波管の側壁の傾きは、導波管の光入射面の法線に対して１０〜１２゜の範囲内にある請求項１乃至３のいずれか１項記載の光学表示素子。
【請求項５】
前記スクリーンの周辺部に位置する前記導波管の側壁の傾きは、導波管の光入射面の法線に対して６〜８゜の範囲内にある請求項１乃至３のいずれか１項記載の光学表示素子。
【請求項６】
前記導波管の間の空間には、スクリーンへ流入する外部光を吸収する吸光物質が充填されている請求項１乃至３のいずれか１項記載の光学表示素子。
【請求項７】
前記導波管の内部の屈折率は、１．４〜１．６であり、前記導波管の光投射面の屈折率は１．０〜１．２であり、前記吸光物質の屈折率は１．２〜１．３内に存在する請求項６記載の光学表示素子。
【請求項８】
前記導波管の前面には、拡散板が更に備えられている請求項７記載の光学表示素子。
【請求項９】
前記拡散板が適用された場合、前記導波管の内部の屈折率は１．６であり、前記光投射面の屈折率は１．０であり、前記吸光物質の屈折率は１．２である請求項８記載の光学表示素子。
【請求項１０】
拡散板が適用されない場合、前記導波管の内部の屈折率は１．６であり、前記光投射面の屈折率は１．１であり、前記吸光物質の屈折率は１．２である請求項７記載の光学表示素子。
【請求項１１】
前記導波管の内部の全反射臨界角は４８〜７０゜であり、前記導波管の投射面の全反射臨界角は、３５〜６０゜の範囲内に存在する請求項８記載の光学表示素子。
【請求項１２】
前記拡散板の適用の場合は、前記導波管の内部の全反射の臨界角は４５〜５０゜であり、前記導波管の投射面の全反射の臨界角は４０〜４５゜である請求項１１記載の光分布の均一化を期したディスプレイ用光学素子。
【請求項１３】
拡散板が適用されない場合、前記導波管の内部の全反射の臨界角は４５〜５０゜であり、前記導波管の光投射面の全反射の臨界角は３５〜４０゜である請求項７記載の光学表示素子。
【請求項１４】
前記光学表示素子は、プロジェクションスクリーン、広告看板用ディスプレイ、保安用スクリーンに適用される請求項１乃至３のいずれか１項記載の光学表示素子。
【請求項１５】
（ａ）フォトマスク上にグリッドを載置してから、該グリッド上に透明基板を付着する第１ステップと、
（ｂ）前記透明基板上にフォトポリマー物質をコーティングする第２ステップと、
（ｃ）前記フォトマスクの下方から紫外線をラインスキャンモードにより、スクリーンの各部分毎に紫外線照射時間を調節し、前記フォトポリマー物質上に照射して、スクリーンの中心区域から周辺部へ向かって側壁の傾きが徐々に減少する導波管に形成する第３ステップと、
（ｄ）前記導波管の上に前方透明板を付着する第４ステップと、
を含む前記請求項３による光学表示素子の製造方法。
【請求項１６】
前記第１ステップは、前記グリッドにより形成された隙間を詰めるために、前記フォトマスクと前記透明基板との間の隙間に、高純度アルコール（ＩＰＡ）を充填するステップを備える請求項１５記載の製造方法。
【請求項１７】
前記照射時間は、前記スクリーンの中央部位は短く、そして周辺部へ行くほど徐々に長くして、前記導波管の側壁の傾きを、前記スクリーンの周辺部へ行くほど徐々に小さくする請求項１５記載の製造方法。
【請求項１８】
前記第３ステップは、前記フォトマスクの下方から紫外線をフォトポリマー物質に照射して前記導波管形状に形成し、重合した導波管部分を除いてフォトポリマー物質を現像し除去するステップを含む請求項１５または１７記載の製造方法。
【請求項１９】
前記第４ステップは、前記前方の透明板を接合する前に、前記導波管の間の空間に吸光物質を充填するステップを更に備える請求項１５または１７記載の製造方法。
【請求項２０】
前記透明基板及び前記前方の透明板は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）基板、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、または、メチルメタクリレートスチレン共重合体（ＭＳ）である請求項１５記載の製造方法。
【請求項２１】
光出射側へ向かって断面積が減る円錐形状の導波管が垂直及び水平方向に配列されてなる導波管を有する光学表示素子であって、
前記導波管の大きさ、高さ、間隔、及び屈折率の少なくともいずれか１つを、光源から入射される入射角及び／または光度によって、領域毎に異なるように設計して、光学素子の全部分投射される光強さを均一化なし得ることを特徴とする区域中の光分布の均一化を期した光学表示素子。
【請求項２２】
光投射側へ行くほど断面積が減る円錐形状の導波管が垂直及び水平方向に配列されてなる導波管を有する光学表示素子であって、
光源から入射される入射角及び／または光度によって各領域で前記導波管の大きさを異なるようにして、光学装置の全部分で投射される光強さを均一化なし得ることを特徴とする区域中の光分布の均一化を期した光学表示素子。
【請求項２３】
光学素子の光源に近い中央部に配列された前記導波管の大きさは小さくて、前記中央部から周辺部に向かって前記導波管の大きさが徐々に増加する請求項２２記載の光学表示素子。
【請求項２４】
前記導波管の高さは、光学素子の全部分に亘って同一である請求項２２または２３記載の光学表示素子。
【請求項２５】
前記導波管の高さは、前記光源から入射される入射角及び／または光度によって、各部分毎に異なるように設計される請求項２２または２３記載の光学表示素子。
【請求項２６】
前記導波管の間の空間には、前記導波管の屈折率より小さい屈折率を有する低屈折率樹脂が充填されている請求項２３記載の光学表示素子。
【請求項２７】
前記低屈折率樹脂には、光拡散剤が添加されている請求項２６記載の光学表示素子。
【請求項２８】
前記光拡散剤は、光透過性微細球状粒子から構成され、その材質、粒子の大きさ、添加量を調節して、光分布度が調節される請求項２７記載の光学表示素子。
【請求項２９】
前記低屈折率樹脂には、吸光物質が添加されている請求項２６記載の光学表示素子。
【請求項３０】
光投射側へ向かって断面積が減る円錐形状の導波管が垂直及び水平方向に配列されてなる導波管を有する光学表示素子であって、
光源から入射される入射角及び／または光度によって各領域毎に前記導波管の屈折率を異なるようにして、光学素子の全部分で投射される光強さを均一化することを特徴とする光分布の均一化を期した表示素子。
【請求項３１】
光源と近い光学素子の中央部から周辺部へ向かって前記導波管の屈折率は徐々に減少する請求項３０記載の光学表示素子。
【請求項３２】
（ａ）線間隔が均一でない格子構造を有するフォトマスク上にフォトポリマーを付着するステップと、
（ｂ）フォトマスクの外側からフォトポリマー上に、紫外線（ＵＶ）を照射することにより、フォトマスクの格子構造の不均一ライン間隔により、フォトポリマーには大きさが不均一な導波管が形成されるステップと、
（ｃ）現像工程によって形成された導波管部分を除外した、フォトポリマーを除去するステップと、
（ｄ）前記現像工程により形成された導波管の間の谷のような空間に、低屈折率の樹脂を充填するステップと、を含み、
領域毎に大きさの異なる道破管が配列されたことを特徴とする光学表示素子の製造方法。
【請求項３３】
前記紫外線照射ステップにおいて、紫外線を前記フォトポリマーの全区域に亘って、フォトポリマーの前面まで到達するように照射して、実質的に高さの同じ導波管を形成する請求項３２記載の製造方法。
【請求項３４】
前記紫外線照射ステップにおいて、紫外線を前記フォトポリマーの最外部のフォトポリマーの前面に到達し、中心域に向かって前記フォトポリマーの前面の内方に到達するように照射して、高さの異なる導波管を形成する請求項３２記載の製造方法。
【請求項３５】
前記低屈折率樹脂には、光拡散剤が添加されている請求項３３または３４記載の製造方法。
【請求項３６】
前記フォトポリマーを付着するステップにおいて、屈折率の異なるフォトポリマーを互いに密着するように平行線形パターンで、前記フォトマスク上にコーティングする請求項３２記載の製造方法。
【請求項３７】
前記フォトポリマーを付着するステップにおいて、屈折率の異なるフォトポリマーを同心円パターンで前記フォトマスク上にコーティングする請求項３２記載の製造方法。
【請求項３８】
前記屈折率の異なるフォトポリマーは、中心部側から周辺部側へ向かって屈折率が減少する請求項３６または３７記載の製造方法。
【請求項３９】
前記フォトポリマーを付着するステップにおいて、屈折率の異なるフォトポリマーを、前記フォトマスク上に積層してコーティングする請求項３２記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体領域で均一な光分布を生ぜしめる光学表示装置に関するものである。より詳しくは本発明は、光源から入射される入射角及び／または光度によって領域毎に導波管の、大きさ、高さ、間隔、及び屈折率を異なるように設計することで、希望する視界角を確保し、かつ、光学素子の全領域に亘って均一な光分布を具現して素子の周辺部の照度が劣化する問題点が改善できる表示素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、プロジェクションＴＶ、プロジェクションモニターなどのプロジェクション装置では、視聴者側に画像を投射する背面投影スクリーンが装着されている。この背面投影スクリーンは、光学表示素子であって、スクリーンの後方から投射される画像を視界空間に透過するように設計される。視界空間は、相対的に大きい場合もあり（例えば、プロジェクションＴＶ）、または、相対的に小さい場合もある（例えば、プロジェクションモニター）。背面投影スクリーンの性能は、スクリーンの多様な特性面で記述され得る。スクリーン性能は、典型的には、利得、視界角、解像度、コントラスト比、カラー、及び、斑点のような望ましくない人工物の出現などを含む。背面投影スクリーンは、高解像度、高コントラスト比、及び大きい利得を有することが必要である。
【０００３】
背面投影ＴＶは、広範囲な範囲に分布した視聴者が受容できるように、広い視界角を確保することが好ましい。このような広い視界角を具現するためにスクリーン内には導波管が設けられている。特性上、背面投影スクリーンは点光源が後方の中央部分に位置することになるので、スクリーンの中央部分に入る光の入射角と周辺部に入る光の入射角は違わざるを得ない。仮りに同一な構造の導波管でスクリーン全体が形成されているならば、入射角が異なるため、導波管の内部の反射角がスクリーン部分で互いに異なるようになる。或る導波管は、位置によって全反射が起こらないこともあり得る。通常、特に広い視界角の確保のために設計された導波管は、スクリーンの中央に位置することになる。それ故、スクリーンが同一な構造の導波管で設計されたならば、スクリーンの周辺部にも同一な構造の導波管が位置するので、意図した広い視界角は、大体達成し得る。しかしながら、スクリーンの周辺部の照度は中央部の照度より格段に落ちることになる。これによって、スクリーンの中央部と周辺部の画像の鮮明度に差がついて、画像の均質度が落ちるので、高画質の画像が具現できない。 
【０００４】
特に、表示装置が大型化するにつれて、多数個の単一光源を使用したり１つの拡散光源を使用するので、位置によって光度の不均一性が表れている。特に、多数個の光源を使用する場合は、光源間の境界部に光度の低下が表れる。単一拡散光源を使用する場合は、スクリーンの中央部と周辺部は、入射角と光路の差による輝度の差が表れる。このような理由により、画面の全体の輝度が均一でないので、画質の鮮明度の不均一と画像の解像度が落ちることになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明は、上記従来技術の問題を解消するためになされたものである。本発明の目的は、スクリーン中央部と周辺部に配置される導波管の側壁の傾きを異なるように設計し、かつ、中央位置から周辺位置にかけて半径方向に徐々に側壁の傾きを減少させることによって、周辺部の輝度の劣化を防止する光分布の均一な光学表示素子を提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、スクリーン中央位置から水平方向または垂直方向の周辺部に向かって導波管の側壁の傾きを徐々に減少させることによって、全スクリーンの均一な輝度均一度が維持できるようにした光分布の均一な光学表示素子を提供することにある。
【０００７】
本発明の更に他の目的は、ラインスキャン  モード（line scanning mode）により、スクリーンの各部位で紫外線照射時間を変化させることによって、中央部位から周辺部へ行くほど導波管の側壁の傾きが徐々に減少するように形成できる前記光学表示素子を製造する方法を提供することにある。
【０００８】
本発明の更に他の目的は、光源から入射される入射角及び／または光度によって領域毎に導波管の大きさ、高さ、間隔、及び屈折率を異なるように設計することにより、光学素子の全区域に亘って均一な光分布が具現できる光分布の均一な光学表示素子を提供することにある。
【０００９】
本発明の更に他の目的は、フォトマスクの線間隔を、光源から入射される入射角及び／または光度によって異なるように設定することにより、光学素子の全区域で光分布の均一な光学表示素子を製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の一面によれば、底辺から傾斜した側壁を有し、光学素子の後方中心の光源から入射したイメージ光線を内部で反射させて外部に投射する導波管を備えた光学表示素子であって、スクリーンの全部分に亘って配列された前記導波管は、同じ底辺と高さを有し、かつ全反射が遂行できる角度範囲内で、スクリーンの中心部から半径方向周辺部へ行くほど前記導波管の側壁の傾きを徐々に減少させることにより、スクリーンの中心部の導波管と比較して、スクリーンのより周辺部の導波管の方がイメージ光線の反射回数が減少するようにすることを特徴とする区域中の光分布の均一化を期した光学表示素子が提供される。
【００１１】
本発明の他の側面によれば、底辺から傾斜した側壁を有し、光学素子の後方中心の光源から入射されたイメージ光線を内部で反射させて外部に投射する導波管を備えた光学表示素子であって、スクリーンの全部分に亘って配列された前記導波管は、同じ底辺と高さを有し、かつ、前記導波管の側壁の傾きを、全反射がなされる角度範囲内で、入射角によってスクリーンの中心部から半径方向周辺部に行くほど徐々に減少させることにより、前記中心部から同一な半径上に位置する前記導波管は、前記中心部を基準にして対称の同じ側壁の傾きを有する区域中の光分布の均一化を期した光学表示素子が提供される。
【００１２】
また本発明の他の側面によれば、底辺から傾斜した側壁を有し、光学素子の後方中心の光源から入射されたイメージ光線を内部で反射させて外部に投射する導波管を備えた光学表示素子であって、スクリーンの全部分に亘って配列された前記導波管は、同じ底辺と高さを有し、かつ、前記導波管は全反射が生じることができる角度範囲内で、水平方向または垂直方向の一方向のみに中心部から周辺部へ向かって、入射角によって徐々に前記導波管の側壁の傾きを減少させた区域中の光分布の均一化を期した光学表示素子が提供される。
【００１３】
本発明の更なる側面によれば、上記光学表示素子の製造方法が提供される。該製造方法は、フォトマスク上にグリッドを載置してから、該グリッド上に透明基板を付着する第１ステップと、前記透明基板上にフォトポリマー物質をコーティングする第２ステップと、前記フォトマスクの下方から紫外線をラインスキャンモードによりスクリーンの各部分毎に時間を調節し、前記フォトポリマー物質に照射して、スクリーンの中心区域から周辺部へ向かって側壁の傾きが減少する導波管に形成する第３ステップと、前記導波管の上に前方透明板を付着する第４ステップと、を含む。
【００１４】
更に本発明の側面によれば、光投射側へ向かって断面積が減る円錐形状の導波管が垂直及び水平方向に配列されてなる導波管を有する光学表示素子であって、前記導波管の大きさ、高さ、間隔、及び屈折率の少なくともいずれか１つを、光源から入射される入射角及び／または光度によって領域毎に異なるように設計して、光学素子の全部分で投射される光強さを均一化なし得る均一な光分布を生成する光学表示素子が提供される。
【００１５】
更に本発明の側面によれば、光投射側へ向かって断面積が減る円錐形状の導波管が垂直及び水平方向に配列されてなる導波管を有する光学表示素子であって、光源から入射される入射角及び／または光度によって各領域で前記導波管の大きさを異なるようにして、光学素子の全部分で投射される光強さを均一化する光学表示素子が提供される。
【００１６】
更に本発明の側面によれば、光投射側へ向かって断面積が減る円錐形状の導波管が垂直及び水平方向に配列されてなる導波管を有する光学表示素子であって、光源から入射される入射角及び／または光度によって各領域毎に前記導波管の屈折率を異なるようにして、光学表示素子の全部分で投射される光強さを均一化する光学表示素子が提供される。
【００１７】
更に本発明の側面によれば、線間隔が均一でない格子構造を有するフォトマスク上にフォトポリマーを付着するステップと、フォトマスクの外側（下方）からフォトポリマー上に紫外線（ＵＶ）を照射することにより、フォトマスクの格子構造の不均一ライン間隔により、フォトポリマーには大きさが不均一な導波管が生成されるステップと、現像工程によって形成された導波管部分をを除外したフォトポリマを除去するステップと、前記現像工程により形成された導波管の間の谷のような空間に低屈折率の樹脂を充填するステップと、を含み、領域毎に大きさの異なる道破管が配列された光学表示素子の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１８】
上記したように本発明は、スクリーンの中央部と周辺部に配置される導波管の側壁の傾きを異なるように設計し、かつ、中央位置から半径が大きくなるにつれて、徐々に側壁の傾きを減少させることによって、周辺部の照度の劣化が抑制できる。また、スクリーンの中間位置から水平方向または垂直方向の一方向の周辺部に向かって導波管の側壁の傾きを徐々に減少させることによって、スクリーン全体に亘って照度均一度を達することができる。
【００１９】
更に、光源から入射される入射角または光度によって導波管の大きさ、高さ、間隔または屈折率が異なるように設計することにより、光学素子の全区域に亘って均一な光分布が具現でき、結果的に投射されるイメージの均質度が向上する。
【００２０】
更に、導波管同士間の谷のような空間に低屈折率樹脂を充填し、低屈折率域に光拡散剤を添加することにより、光分布を一層均一化することができる。この際、光拡散剤の素材、粒子の大きさ、添加量を調整することにより、光分布の調節が可能である。
【００２１】
更に本発明の目的及び利点は、添付の図面を参照して、次の詳細な説明から更に十分理解することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付した図面を参照しつつ、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。本実施形態では、プロジェクションスクリーンを例として説明する。
【００２３】
図１乃至図４は、異なる設計の異なる導波管内でのイメージ光線の反射を示す概略図である。
【００２４】
図１及び図２は、照度を均一化するための導波管の設計原理を説明する。図１及び図２は、導波管の底辺の長さ４０ｍｍ、側壁の傾き１０．５２゜の場合の導波管内のイメージ光線の反射状態を示す図である。図１は入射角が０゜の場合、図２は入射角が１０゜の場合、イメージ光線の反射関係を示す。ここで、入射角は、導波管の入射面の法線を基準として測定された値である。
【００２５】
前記のような底辺の長さと側壁の傾きの条件に加えて、導波管の屈折率が１．６、投射面の屈折率が１、導波管内の全反射臨界角が５４．３５゜であり、投射面（導波管先端（tip））の全反射臨界角が３８．６８゜である。通常、点光源はスクリーンの中央後方に位置するので、スクリーンの中央に位置した導波管は図１に示すように入射角（ｑ１）が０゜である。イメージ光（Ｌ１）は導波管の側壁（Ｓ１）で反射される。この入射角（ｑ１）では２番目の反射までは全反射がなされる。この２番目に反射されたイメージ光線（Ｌ１）が再び側壁（Ｓ１）と接触する導波管の高さは、図１に示すように、略８３ｍｍ程度である。通常、広い視界角を確保するためには、少なくとも１〜２回位の反射が必要とされ、高い照度を得るためには全反射が必要とされる。スクリーンの中心部では、これらを全て満足させることができる範囲である反射３回の高さ以下で導波管の高さが決まる必要がある。全反射の回数が増加するほど視界角が広くなる。好ましくは、導波管の高さは、２番目の反射がなされる７３ｍｍから３番目の反射がなされる８３ｍｍの範囲内に決定される。
【００２６】
一方、スクリーンの外周部では、スクリーンの中央の後方に点光源が位置するので、図２に示すように導波管にイメージ光線（Ｌ２）が垂直に入射されなくて、或る角度で入射する、この導波管へのイメージ光の入射角（ｑ２）が１０゜の場合、１番目の反射のみで導波管の側壁（Ｓ１）で全反射がなされる。この際、導波管の高さは図２に描いたように略５１ｍｍ程度である。これが導波管で全反射がなされなければ、導波管内で光損失が発生して輝度が落ちる理由である。
【００２７】
以上、図１と図２と上記説明から見て、導波管が同一な底辺の長さと側壁の傾きを有する場合、スクリーンの中央部位では導波管の高さが７３〜８３ｍｍの範囲内で設計される必要があると推測される。反対に、スクリーンの周辺部では導波管の高さが５０ｍｍ以内で設計されることが適合する。したがって、このような点を考慮して導波管を設計すれば、スクリーンの中央部の高さは高くて、周辺部の高さは低くて、スクリーンは均一な高さを有することができない。結果的に、スクリーンが全体的に凹凸のような形態になって、視界角や解像度の点で好ましくないのみならず、製造工程が複雑化する。
【００２８】
更に、図３及び図４は、導波管の底辺の長さ４０ｍｍ、側壁の傾き７゜の場合、イメージ光線の反射状態を示す概略図である。より明確には、図３は入射角が０゜の場合、図４は入射角が１０゜の場合、導波管の構造とイメージ光線の関係を示す。
【００２９】
屈折率、全反射の臨界角及び底辺の長さは、図１及び図２と同じであり、側壁の傾き（７゜）は、先の図１及び図２の説明とは異なっている。図３に示すように、入射角（ｑ３）０゜で入射されたイメージ光線（Ｌ３）は、導波管の側壁（Ｓ２）上３番目の反射までは全反射がなされる。この際、全反射は、高さ１３７ｍｍ以内で起こる。
【００３０】
一方、入射角（ｑ４）が１０゜の場合イメージ光（Ｌ４）は、図４に示すように、２番目の反射まで全反射がなされる。このように全反射がなされる導波管の最大高さは９６ｍｍであり、したがって、９６ｍｍ以下に導波管の高さを決定しなければ高い輝度を得ることができない。
【００３１】
以上、図３と図４と上記説明からみて、導波管の高さを入射角７゜の周辺部の導波管に適するように設計すれば、スクリーンの中央部の導波管は全反射が１回しかなされないので、効果的な視界角の確保ができない。視界角は、通常、スクリーンの中央部位が広い視界角を有するようにすることが好ましい。従って、中央部の導波管で少なくとも２回の全反射がなされるようにすることが好ましい。
【００３２】
図１及び図２における上記側壁の傾きが１０．５２゜の場合と図３及び図４での側壁の傾きが７゜の２つの場合を考察すれば、スクリーンの全域に亘って、全反射の最適条件が決定され得る。例えば導波管の高さは、スクリーンの中央部と周辺部で全反射がなされ得る共通高さ内の８０ｍｍで達成される。同様に導波管の傾きは、スクリーンの中央部では１０．５２゜、周辺部では７゜と決定される。より明確には、スクリーンの中央部の導波管は、図１及び図２に説明したように側壁の傾き１０．５２゜のように形成される。スクリーンの周辺部の導波管は、図３及び図４に例示された側壁の傾き７゜を有するように構成される。このようにして、スクリーンの全体に配列された全ての導波管で全反射が１回乃至２回生じながら中央部位では広い視界角が確保でき、周辺部では高い輝度が得られる。この際、導波管の側壁の傾きは、スクリーンの中央部に位置した導波管から周辺部の導波管へ行くほど徐々に減少するように設計される。すなわち、スクリーンの中央部から周辺部へ行くほど導波管は側壁の傾きが１０．５２〜７゜の範囲で連続的に一定の大きさに減少しながらスクリーンの全部分に配列される。したがって、中央部から周辺部へ行くほど減少する導波管の側壁の傾きはスクリーン中央部の周りに対称的な配列又は非対照的様式であり得る。一つの典型的な方法として、中央部の導波管から同一距離に位置する導波管は同一な大きさの側壁の傾きを有しながら、徐々に同心円的パターンで側壁の傾きが減少することができる。この場合、スクリーンの中央から半径方向外周に向けて側壁の傾きが徐々に減少するので、水平及び垂直方向即ち、半径方向に沿って均一な輝度が得られる。この具体例による典型的なスクリーンが図６乃至図８に例示されている。
【００３３】
他の方法として、スクリーンの水平方向または垂直方向中心位置から、水平若しくは垂直に沿ってスクリーンの周辺へ行くほど、側壁の傾きを徐々に減少させることができる。この場合、水平方向または垂直方向のいずれかに、傾きの徐々の減少がなされるので、いずれかの方向のみに輝度の改善がなされ得る。しかしながら、通常、スクリーンやモニターは用途に適合するように、いずれかの方向のみに輝度の改善がなされても、鮮明な画質の具現が可能である。これに対しては図９乃至図１１で詳細に説明する。
【００３４】
図５は、本発明に係る光分布の均一化を期した光学表示素子の第１実施形態が適用されたプロジェクションスクリーンの構造を示す断面図である。また、図６乃至図８は、図５に例示された光学表示素子において、導波管構成の一実施形態を示す。図６は導波管アレーの斜視図であり、図７は図６のＡ−Ａ線断面図であり、図８は図６のＢ−Ｂ線断面図である。
【００３５】
この実施形態のプロジェクションスクリーン１は、図５に示すように、前方透明板１０と後方透明基板２０と、その間に介在させた導波管アレー３０を含む。単位導波管３２（以下、導波管という）は、光源４０側に位置した底辺はより小さく、前方透明板１０に接触する上辺は大きく形成されている。即ち、導波管３２は、イメージ光線（Ｌ）が投射されるスクリーンの前方側に向けて狭くなる構造をなしている。したがって、導波管３２の側壁は傾きを有することになり、結果的に、導波管３２は、円錐形切頭体又は多角形切頭体の形状を有し得る。本実施形態では、導波管は、ピラミッド切頭体を例示している。導波管３２の間には空間が形成されるが、ここには吸光物質３４が充填される。この吸光物質３４は、スクリーンの外部から入射される光を吸収して、スクリーンの内部から投射されるイメージ光線がより鮮明に見えるようにすることができる。吸光物質３４は、君主（Monarch）−カーボンブラックとベイシロン−白金触媒（Baysilone-Platinum
Catalyst）とビニルシリコーン（Vinyl silicone）物質の混合物から形成される。  
【００３６】
図６に示すように、導波管アレー３０の水平（横）中心線（ＣＨ）と垂直（縦）中心線（ＣＶ）が、中央地点（中央部；ＣＰ）で交差する。中央地点（ＣＰ）から同一な距離にある導波管３２の側壁の傾き（ＡＳ）は同一である。それと共に、中央地点（ＣＰ）からスクリーン１の外周方向へ遠ざかるほど、導波管３２の側壁の傾き（ＡＳ）は徐々に減少する。したがって、スクリーン１の中央地点を基点にして同心円をなしながら、外側に徐々に導波管３２の側壁の傾き（ＡＳ）は減少する。中央地点（ＣＰ）を過ぎるどの線で切断しても、スクリーン１は、特に導波管３２の側壁の傾きに関して左右対称である。この時の同心円は、円形同心円及び楕円形同心円を含む。円形同心円をなすことがより有効である。例えば、図７に示すように、導波管アレー３０の水平方向に切断した断面から見れば、中央地点（ＣＰ）から左右対称に導波管３２の側壁の傾き（ＡＳ１）が形成されている。図８に示すように、スクリーン１の垂直方向に切断した導波管アレーの断面でも、中央地点（ＣＰ）を基準にして上下対称に導波管３２の側壁の傾き（ＡＳ２）が形成されている。
【００３７】
導波管３２の側壁の傾き（ＡＳ）は、導波管の光入射面に対する法線に関して、次の式のように定義される。
【００３８】
Ａｓ＝ｔａｎ−１（（ｈ−ｔ）／Ｘ）
ここで、ｈ＝Ｈ／２、ｔ＝Ｔ／２であり、
Ｈは、導波管垂直切断面における底辺の長さであり、
Ｔは、導波管垂直切断面における上辺の長さであり、
Ｘは、導波管垂直切断面における導波管の高さである。
【００３９】
スクリーンの中央に位置した導波管の側壁の傾きは、１０〜１２゜が好ましく、スクリーンの最外部に位置した導波管の側壁の傾きは、６〜８゜が好ましい。また、導波管と導波管の底辺同士の間の間隔であるピッチは３ｍｍ以内が好ましい。
【００４０】
また、導波管３２の屈折率は１．４〜１．６、光投射面の屈折率は１．０〜１．２が、そして吸光物質３４の屈折率は１．２〜１．３である。導波管３２の前面に拡散板を適用した場合は、導波管３２の屈折率、光投射面の屈折率及び吸光物質３４の屈折率は、それぞれ１．６，１．０及び１．２が好ましい。拡散板を適用しなかった場合は、導波管３２の屈折率、投射面の屈折率及び吸光物質３４の屈折率は、それぞれ１．６，１．１及び１．２が好ましい。
【００４１】
この場合、導波管３２の内部の全反射の臨界角は４５〜５０゜、光投射面の全反射の臨界角は３５〜６０゜である。例えば、拡散板を使用する場合、導波管の内部の全反射の臨界角は４５〜５０゜が好ましく、光投射面の全反射の臨界角は４０〜４５゜が好ましい。また、拡散板の未使用時には、導波管内部の全反射の臨界角は４５〜５０゜が好ましく、光投射面の全反射の臨界角は３５〜４０゜が好ましい。
【００４２】
結果的に、スクリーン１の全体に亘って、各導波管３２の底辺の長さ（Ｈ）と高さ（Ｘ）は同一である。側壁の傾き（ＡＳ）の変化により、導波管の上辺の長さ（Ｔ）は変化する。この際、側壁の傾き（ＡＳ）は、隣り合う側壁の傾き（ＡＳ）とは２％以内で変化され、隣り合う導波管の上辺の長さは、５％以内で変化する。
【００４３】
スクリーン１の中央に位置した導波管３２は、最も大きい側壁の傾き（ＡＳ）を有し、そのため、入射されたイメージ光線が、数回、少なくとも２回以上全反射した後、出射されることにより、視界角がより広くなる。これに比べて、導波管３２の側壁の傾き（ＡＳ）は、スクリーンの周辺へ行くほど徐々に小さくなる。従って、外周の導波管３２は、イメージ光線の全反射は少なくなる。その結果、スクリーン１の周辺部では全反射回数が少ないので、視界角は比較的狭いが、全反射許容回数内に存在するので、光損失を最小化して、照度の劣化を防止する。
【００４４】
図９乃至図１１は、図５に示された光学表示素子において、導波管構造の他の実施形態を示すものである。図９は、符号６０で表わされる導波管アレーの斜視図であり、図１０は図９のＣ−Ｃ線断面図であり、図１１は図９のＤ−Ｄ線断面図である。
【００４５】
本実施形態の導波管アレー６０は、図９及び図１０に示すように、垂直中心線（Cｖ）から水平方向のスクリーンの周辺部に向かって徐々に導波管６２の側壁の傾き（ＡＳ）が減少するように設計されている。即ち、側壁の傾き（ＡＳ）は、垂直中心線（Cｖ）に対して左右対称のように変化する。例えば、中間位置の導波管６２の側壁の傾きが１０．５２゜で最外部の導波管６２の側壁の傾きは７゜である場合、その間の導波管側壁の傾きは、１０．５２〜７゜範囲内で徐々に減少する。一方、垂直方向の全ての導波管６２は、同じ側壁の傾きを有する。本実施形態では、垂直中心線から水平方向に沿って、導波管の側壁の傾きが徐々に減少するが、垂直方向に沿っては一定である。導波管アレー６０を９０゜回転させる場合も本発明の実施形態に含まれる。したがって、本実施形態においては、水平中心線又は垂直中心線のいずれかに対して、対称的に減少する側壁の傾きを有するように、スクリーン周辺部の照度が改善できるという点にある。
【００４６】
図１２は、図９乃至図１１に例示した光学表示素子の製造方法を説明するための工程図である。図１３は、本発明において、光照射時間による側壁の傾きの変化を示す概略図である。
【００４７】
導波管の側壁の傾きが一方向に徐々に減少するスクリーン３の製造方法を図１２を参照して説明する。まずフォトマスク７０上にグリッド７２を位置させてから、そのグリッド７２上に透明基板８０を付着させる（ステップＳ１、Ｓ３）。すると、グリッド７２によってフォトマスク７０と透明基板８０との間に隙間が形成される。隙間を除去するために、隙間に充填物質８２を充填する。充填物質としては、高純度イソプロパノール（ＰＡ）が適合し、透明基板８０は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、または、メチルメタクリレートスチレン共重合体（ＭＳ）のような透明樹脂材質から形成することができる。
【００４８】
そして、透明基板８０の上に光重合性物質９０をコーティングする（ステップＳ５）。この光重合性物質９０は、エトキシレーテッド（３）ビスフェノールＡジアクリレート（Etyoxylated (3) bisphenol A diacrylate）、トリメチルロールプトパントリアクリレート（Trimethylolptopane triacrylate）、イルガキュア（lrgacure）、イルガノックス（Irganox）などの物質のうち、少なくとも２つ以上を選択して混合して製造することができる。好ましくは、光重合性物質９０は、上記の４つの物質を全て混合して構成することが好ましい。特に混合比は、ジアクリレート４０〜８０重量％、トリアクリレート０．５〜１０重量％、イルガキュア０．５〜１２重量％、イルガノクス０．５〜１２重量％である。ここで、ジアクリレートはＵＶ重合モノマーであり、トリアクリレートは粘度調整のためのモノマー）であり、イルガキュアハＵＶ重合開始剤であり、イルガノックスは酸化物生成防止剤である。
【００４９】
次に、紫外線を照射して、光重合性物質９０内に導波管６２形状を形成する（ステップＳ７）。紫外線照射の際、ラインスキャン（line scanning）方式を使用しながら各部分での照射時間を調節して、各異なる部分で側壁の傾きが異なる導波管６２を形成する。すなわち、照射する時間が長くなる場合は、図１３に示すように、導波管６２の側壁の傾き（ＡＳ）が小さくなる。逆に、光照射時間が短くなれば、導波管６２の側壁の傾き（ＡＳ）は、大きくなる。このような原理に即して、ラインスキャンの際、基板水平方向の一端から中心部分へ行くほど照射時間を徐々に減らすことにより、中心点は、最小の照射時間になるようにする。中心点を過ぎて基盤の他の水平端へ行くほど徐々に照射時間を増やす。このようにして、中心点から基板の左右両側へ行くほど、左右対称的に導波管の側壁の傾きが減少する。
【００５０】
紫外線照射により形成された導波管６２形状部分以外の未照射部分は、現像し除去する（ステップＳ９）。すると、導波管の間には空間が形成される。この空間６３に吸光物質６４を充填してから前方透明板１００を付着させれば、本発明の投射スクリーン３が完成される（ステップＳ１１）。前方透明板１００は、透明基板８０と同一な材質で製造することができる。
【００５１】
ここに、図５を参照しつつ、本発明の作用効果をより詳細に説明する。
【００５２】
光源４０から出射された光線は、イメージを含むイメージ光線に変換される。それから、フレネルレンズ４２を通過して、ほぼ平行した光線に変換されてスクリーン１に入射される。すると、イメージ光線は、透明基板２０を通過して導波管３２に入射する。導波管内を通過しながら、光線は側壁で反射がなされて視聴者が見られるようにスクリーンの前方へ投射される。この際、スクリーン１の中央部位に位置した導波管の側壁の傾きは、より大きい角度を有するので、光の反射が比較的多く生じる。中央部では入射角が０゜であるので、イメージ光線は、導波管内で２−３回全反射されて出力されるので、視界角が広くなる。一方、スクリーンの周辺部では、導波管３２の側壁の傾きが小さいので、入射されたイメージ光線は少ない回数で反射されて外部に出力される。したがって、スクリーンの外周部では、反射に伴う光損失は、最大限抑制されて、周辺部の照度が中央部とほぼ同じ状態となる。このように、本発明では導波管３２の側壁の傾きを、スクリーンの各部分毎にそれに適合した値に調整しているので、視野角と照度面で良質の画像を具現する。
【００５３】
図５では、中央部と周辺部の導波管３２のみを図示したが、その間にスクリーンは多数の導波管を含む。また導波管の間には、吸光物質３４が充填されて外部からスクリーン１内に入る光を吸収するので、内部から投射されるイメージ光線の鮮明度を改善する。前方透明板１０には、拡散板（diffuser）を適用することができる。
【００５４】
図１４及び図１５は本発明の光分布の均一化を期した光学表示素子の第２実施形態を示す正面側及び背面側から見た斜視図である。図１６は、図１４のＥ−Ｅ線断面図である。また、図１７は図１６の実施形態の変形例を示す部分断面図である。本実施形態は導波管の高さが一定の場合を例示したものである。また、本発明による光学素子は、導波管アレーの前面及び後面に透明な保護板を付着しても、付着しなくともよい。次の実施形態では、透明な保護板を付着しない状態を図示し、“光学素子”と称する。
【００５５】
本実施形態の光学表示素子１１０の導波管１１２は、出射側に行くほど断面積が徐々に減少する切頭円錐形を有する。これらの導波管は、垂直及び水平方向に配列されている。特に光学素子１１０の全部分に亘って導波管１１２の高さは等しいが、素子の全部分に亘ってその大きさが変化する。すなわち、図１６に示すように、光学素子１１０中央部から周辺部へ行くほど、より正確には、入射される光量が多い中央部から半径方向に沿って周辺部に向かうと導波管１１２ａ〜１１２ｆの大きさは徐々に増加する。より具体的に説明すれば、光学素子の中央部から周辺部へ行くほど、導波管１１２ａ〜１１２ｆの底辺と上辺が徐々に大きくなり、その側壁の傾斜角は徐々に小さくなる。したがって、図１６から見れば、光学素子の中央部に相当する最も右の導波管１１２ａの大きさが最も小さくて、光学素子の最も外側に相当した最も左側の導波管１１ｆの大きさが最も大きい。
【００５６】
更に、導波管１１２の間隔に変化を与えて、光分布を調整することができる。この導波管１１２の間には谷―様溝が形成され、この溝には低屈折率樹脂１１４が充填される。低屈折率樹脂１１４としては、ビニルシリコーン、シリコーン含有ハイドライド（Hydride Containing Silicone）などを使用することができる。導波管１１２の屈折率は、低屈折率樹脂１１４より大きく、かつ、その屈折率の差は少ないほど良い。例えば、導波管１１２の屈折率は１．３〜２．０が、そして低屈折率樹脂１１４の屈折率は１．３未満が好ましい。勿論、前記の範囲外に導波管の屈折率が大きくなれば、それによって、低屈折率樹脂１１４の屈折率もそれだけ大きくなる。低屈折率樹脂１１４には、図１７に示すように、光拡散を誘導する光拡散剤１１６を添加することができる。すなわち、導波管１１２ａ〜１１２ｆの底辺同士間の間隔に入射される光量が多い場合は、光拡散を誘導するために低屈折率樹脂１１４に光拡散剤１１６を添加することが好ましい。このように、光拡散剤１１６を使用することにより、導波管の外に流入する光損失が防止でき、より均一な光分布が得られる。この光拡散剤１１６は、光透過性の微細球状粒子から構成される。
【００５７】
一方、低屈折率樹脂１１４に光拡散剤の代りに先の実施形態と同様に、吸光物質（図示していない）を添加することができる。吸光物質は、導波管の底辺同士間に流入する光量が全光量に影響を及ぼさないぐらいで少ない場合や、他の目的で必要な場合に添加され得る。この吸光物質は、光学素子１１０の外部から入射される光線を吸収して内部から投射されるイメージ光がより鮮明に見えるようにする。吸光物質は、君主（Monarch）−カーボンブラック＋バイシロン−白金触媒（Baysilone-Platinum
Catalyst）とビニルシリコーン（Vinyl silicone）物質の混合物から形成される。このように吸光物質が添加される光学素子の例として、プロジェクションＴＶや背面プロジェクター用スクリーンが挙げられる。
【００５８】
図１８は、図１４乃至図１６に例示された本発明の第２実施形態の光学素子の製造方法を説明するための工程図である。また、図１９は、図１８の製造工程で使われるフォトマスクの格子（grid）構造を示す平面図である。
【００５９】
図１９に示すような（ｌ）線間格が均一でない格子構造を有するフォトマスク１３０上にフォトポリマー（photopolymer）１４０を付着する。フォトポリマー１４０としては、アクリル系列の合成樹脂が好ましく、例えば、エトキシル化（３）ビスフェノールＡジアクリレート、トリメチルロールオプトパントリアクリレート（Trimethyloloptopane triacrylate）、メチルメタクリレート、ｎ−ブチルアクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、イソデシルアクリレート、２−ハイドロシエチルアクリレートに添加剤としてベンジジメチルケタール（Benzidimethyl ketal）、アルファ・・・アルファ−ジエチルオキシアセトフェノン（.alpha.,.alpha.-diethyloxy acetophenone）などを混合して得られる。
【００６０】
次に、フォトマスク１３０の下方からフォトポリマー１４０に、紫外線（ＵＶ）を照射する。照射時、紫外線がフォトポリマー１４０の前面に到達するようにする。勿論、そのためには、フォトマスク１３０上にコーティングされるフォトポリマー１４０の厚みを、適切に調節しなければならない。（ｌｌ）照射によって、フォトマスク１３０の間隔が一定でないグリッド構造により、フォトポリマー１４０には大きさが不均一な導波管１１２が形成される。本実施形態において、上記のように形成された導波管１１２は高さは均一であるが、異なる大きさを有し、すなわち、その底辺や上辺の大きさ及び側壁の傾きも異なる。特に、光学素子の中心部から周辺部へ行くほど、導波管１１２の大きさは徐々に大きくなり、側壁の傾きは徐々に減少する。図１８では、右側が光学素子の中央部を、そして、左側が光学素子の周辺部側を表す。そして、中央部を基準にして同一な半径に位置した導波管１１２の大きさ及び側壁の傾きは同一に形成される。
【００６１】
（ｌｌｌ）光照射後、現像を通じて導波管１１２を除外したフォトポリマー１４０の残りの部分を除去する。すると、導波管１１２の間には、谷のような空間が形成される。（ｌＶ）次の工程において、空間に低屈折率樹脂１１４を充填する。勿論、樹脂１１４は、フォトポリマーより屈折率が小さい。低屈折率樹脂１１４には、光拡散剤を添加することもできる。
【００６２】
上記のような工程を経て完成された光学表示素子１１０は、図１及び図５に示すように、導波管１１２ａ〜１１２ｆの高さは一定である。導波管の大きさは、光学素子１１０の中心部から周辺部へ行くほど半径方向に徐々に増加する。このように、周辺部へ行くほど徐々に大きさは大きくなり、側壁の傾きは減少する導波管１１２ａ〜１１２ｆの構造によって、光源から遠くて、入射される光量及び／または入射角の少ない光学素子１１０周辺部の透過率を改善して、光学素子の光分布を均一化させることになる。
【００６３】
ここに、本発明の作用効果について詳細に説明する。
【００６４】
図２０及び図２１は、本発明に対比される従来の表示装置の構成及びその特性を示す。図２０は、ＬＣＤ、ＬＥＤのような表示パネルを示し、図２１は図２０の表示パネルの各領域で出射される輝度を示す図表である。図２２及び図２３は、上記の第２実施形態の作用効果を説明する図である。図２２は、その上に本発明の光学素子を装着した表示パネルを示す図であり、図２３は、図２２の表示パネルの各部の輝度を示すグラフである。
【００６５】
本発明の光学素子１１０が装着されていない従来の表示パネル１５０での輝度分布は、図２１に示すように、均一ではない。即ち、各画素の中央部は輝度が最も高く、画素と画素の境界部は輝度が急激に減少する。このような従来の表示装置は、装置の各部分から不均一な光が出射されるので、画質の均質度が落ちる。
【００６６】
これに比べて、本光学素子１１０を図２０に図示した従来の表示装置１５０の前面に図２２のように装着した場合、図２３に示すように、本発明の光学素子１１０は全体に亘って光量を調整するので、各画素の中央部及び画素と画素の境界部も、図２３から理解できるように、一定の輝度を有する。したがって、本光学素子１１０を通じて出射される映像は、均質化した性質を有する。
【００６７】
図２４は、従来の多数個の単一光源を使用した光学装置を示す図であって、図２５は多数個の単一光源を使用した本発明の光学装置を示す。
【００６８】
単一光源１６０から出射される光線は、図２４に示すように、非常に不均一であって、単一光源の間の境界部の輝度は、非常に弱い。これに対し、本発明の光学素子１１０は、図２５に示すように、単一光源１６０から出射された光線は、全装置に亘って均一な輝度を示す。
【００６９】
また、図２６は、１つの拡散光源を使用する従来の表示装置を示し、図２７は、単一光源を使用する本発明の光学表示装置を説明する。
【００７０】
図２６において、拡散光源１７０から出射された光線がフレネルレンズを通過し、同一な大きさの導波管から構成された拡散板１７４を通じて投射される。図２６から、光源から遠ざかるほど輝度がかなり減少することが分かる。
【００７１】
一方、本発明の光学素子１１０が装着された場合は、図２７のグラフから分かるように、光源からの距離にもかかわらず、輝度が全装置に亘ってぼ同一であることが分かる。したがって、本発明の光学素子１１０により輝度の均一化がなされ、その結果、投射される画像の均質度が改善され得る。
【００７２】
図２８は、図２０の従来のものと図２１の本発明の光学素子の光特性を対比したグラフである。図２８のグラフにおいて、実線は本発明の光特性を、そして破線は従来の装置の光特性を表す。本発明によれば、全部分に亘って均一な輝度が得られる。即ち、破線のように不均一な光分布が実線のように均一な状態に変化され得る。
【００７３】
図２９及び図３０は、本発明の光分布の均一化を期した光学表示素子の第３実施形態の正面側及び背面側から見た斜視図である。また、図３１は、図２９のＦ−Ｆ線断面図である。本実施形態は、導波管の高さが一定でない場合を説明する。
【００７４】
本実施形態では、光学素子１１０’ 内の導波管１１２’の高さが一定でなくて、その中心部から素子の周辺部へ行くほど徐々に増加する。具体的に説明すれば、図３１に示すように、光学素子１１０’の周辺部の導波管１１２ｆ’の高さは、中央部の導波管を周辺部の導波管が取り囲むように、中央部の導波管１１２ａ’より高さが高くなっている。導波管の側壁の傾きは、全ての導波管１１２’でほぼ同一である。導波管１１２’の底辺と上辺は、光学素子１１０’の中心から遠ざかると徐々に増加する。結果的に、導波管１１２’の大きさは、当然に光学素子１１０’の周辺部へ向かって徐々に増加する。
【００７５】
また、導波管１１２’同士間に形成された空間には、低屈折率樹脂１１４’が充填されている。この低屈折率樹脂１１４’は、先の実施形態と同一な組成を有し、但し、本実施形態では、図３１に示すように、低い導波管１１２ａ’〜１１２ｅ’は、低屈折率樹脂１１４’中に埋設されている。したがって、素子の中心部においては、光線は導波管１１２ａ’〜１１２ｅ’を通過した後、低屈折率樹脂１１４’を通って投射される。最も外側の導波管１１２ｆ’は、その上面が露出されているので、光線は導波管１１２ｆ’から直接に外部に投射される。従って、本光学素子１１０’は比較的強い光線が中心部に入射され、比較的弱い光線が周辺部に入射されるので、本発明の光学素子１１０’から出射される光強さは、均一な光強度（輝度）を有することになる。
【００７６】
図３２は、図３１に例示された実施形態の変形例を示す部分断面図である。図３２に示したように、導波管１１２ａ’〜１１２ｆ’間に充填される低屈折率樹脂１１４’に光拡散剤１１６’を添加することができる。光拡散剤１１６’は、低屈折率樹脂１１４’と液状で混合された後、光拡散剤と樹脂との混合物を、導波管間に充填する。混合物の組成は、樹脂（１１４’）７０〜８０重量％光拡散剤（１１６’）２０〜３０重量％が適当である。光拡散剤１１６’は、光透過性微細球状粒子から構成され、その材質、粒子の大きさ及び添加量を調節して、光分布度を調節することができる。光分布度の調節の大部分は導波管１１２ａ’〜１１２ｆ’の大きさ及び高さによりなされ、このような光拡散剤１１６’は、光分布度を調節する補助手段として機能する。
【００７７】
図３３は、図２９乃至図３１で説明した本発明の第３実施形態の光学素子の製造方法を説明するための工程図である。
【００７８】
（i）フォトマスク１３０’上にフォトポリマー１４０’をコーティングする。コーティングしたフォトポリマー１４０’層は、第２実施形態のものと比べてより厚くなっている。この時、フォトマスク１３０’は、線間隔は均一でない格子構造を有する。次に、フォトマスク１３０’の下方からフォトポリマー１４０’に紫外線（ＵＶ）を照射する。この際、紫外線は最外部でフォトポリマー１４０’の前面に到達するが、残りの部分ではフォトポリマーの前面に到達しない。特定すれば、光学素子の中心に向って、到達点はフォトポリマー１４０’の前面から遠ざかる。（ii）すると、フォトマスク１３０’の間隔が一定でないグリッド１３２’により、フォトポリマー１４０’には大きさの不均一な導波管１１２’が形成される。すなわち、グリッド１３２’の間隔が中央部から周辺部へ行くほど（図面において右側から左側へ行くほど）大きくなるので、形成される導波管１１２’はその底辺や上辺の大きさが違って、高さが周辺部側へ行くほど徐々に増加する。この際、導波管１１２’の側壁の傾きは、同一に形成することも、または、同一でないように形成することもできる。
【００７９】
（iii）照射後フォトポリマー１４０’の導波管１１２’を除外した残りの部分を現像し除去する。すると、導波管１１２’の間には、谷のような空間が生じる。（iv）次の工程において、この空間に低屈折率樹脂１１４’を充填する。低屈折率樹脂１１４’は、低屈折率樹脂１１４’の表面は最外部の導波管の光出射面（表面）と一直線をなすように、最も外側の導波管１１２’を除外した他の導波管を覆う。勿論、低屈折率樹脂１１４’は、フォトポリマー１４０’より屈折率が小さい。低屈折率樹脂１１４’には光拡散剤（図示していない）を添加することができる。
【００８０】
前記のような工程を経て完成された光学表示素子１１０’は、図２９乃至図３１に示すように、導波管１１２ａ’〜１１２ｆ’の高さ及び大きさが、光学素子１１０’の中央部から周辺部へ行くほど半径方向に増加する構造を有する。このように、周辺部へ行くほど徐々に大きさ及び高さが増加する導波管の構造により、光源から遠くて光量の少ない及び／又は入射角が小さい光学素子１１０’の周辺部の透過率を改善して、光学素子の全ての光分布を均一化させることになる。
【００８１】
図３４は、本発明に係る光分布の均一化を期した光学表示素子の第４実施形態を示す部分断面図である。また、図３５及び図３６は、図３４に例示された光学表示素子を製造する方法を説明するための図であって、図３５及び図３６は、フォトポリマーコーティング方法を説明するための斜視図及び平面図である。
【００８２】
図３４に示すように、本発明の導波管１１２ｇ〜１１２ｉの屈折率を異なるようにして光分布を調整することができる。具体的に説明すれば、屈折率の異なるフォトポリマー１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃを、光学素子の各領域に入射される光量及び／または入射角を考慮して、光学素子の異なる部分にコーティングする。前述した実施形態のように光照射及び現像によって、屈折率の相異する導波管１１２ｇ、１１２ｈ及び１１２ｉを形成することができる。例えば、図３５で説明されているように、多重ノズルコーティングダイ１９０により屈折率の異なるフォトポリマー１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃを、フォトマスクに沿ってダイを移動させながらフォトマスク１３０ａの上にコーティングすることができる。特に、図３６で説明されているように、中心水平線部（光量の最も多い部分）から両垂直端部分に向って、屈折率の異なるようにフォトポリマー１４０ｂ、１４０ｃがコーティングされる。この際、屈折率は中心水平線部が最も高くて、それから両垂直端部分に向って遠ざかるほど徐々に低くなることが好ましい。例えば、中心水平部のフォトポリマー１４０ａは屈折率が１．６０、第１隣接水平部のフォトポリマー１４０ｂは、屈折率１．５０、そして第２隣接水平部（光量の最も少ない部分）のフォトポリマー１４０ｃは、屈折率１．４０を有する。このように異なる屈折率のフォトポリマー１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃを光学素子の異なる部分にコーティングすることができ、その後の光照射及び現像を経て、屈折率の異なる導波管１１２ｇ、１１２ｈ、１１２ｉが得られる。この具体例においては、図３４に示すように、各々の導波管の大きさ及び高さを均一にしてもよく、先の実施形態のように、各部分毎に異なるようにすることもできる。勿論、導波管１１２ｇ、１１２ｈ、１１２ｉ間に充填される低屈折率樹脂１１４ａは、フォトポリマー１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃの屈折率より低い１．３５以下にするのが好ましい。
【００８３】
図３７及び図３８は、本発明の第４実施形態の他の変形例を示す図である。図３７は第４具体例の変形例の平面図であり、図３８は、第４具体例の他の変形例の側面図である。
【００８４】
図３７で説明したように、本光学素子の中心部の周りに同心円をなしながら、屈折率の相異するフォトポリマー１４０ｄ、１４０ｅ、１４０ｆ、１４０ｇをフォトマスク上にコーティングしている。即ち、光学素子の中心部から半径方向周辺部へ行くほど屈折率が徐々に減少するように、フォトポリマーでコーティングしている。従って、後工程の光照射と現像によって形成された導波管は、半径方向の周辺部へ行くほど屈折率が徐々に減少し、中心部から同一距離の導波管は、屈折率が同一になる。このような同心円のフォトポリマーコーティングは、多重ノズルコーティングダイ１９０ａを光学素子の中心の周りに回転させることによって、遂行することができる。
【００８５】
一方、図３８で説明したように、フォトポリマーは、フォトマスク１３０ｂ上に多層でコーティングすることができ、このような多層フォトポリマー１４０ｈ、１４０ｉ、１４０ｊコーティングは、光学素子に特殊機能を与える時に使われ得る。
【００８６】
数種の好ましい実施形態に関して本発明を記載したが、記載は本発明の説明であり、本発明の限定と解釈すべきでない。添付請求の範囲で定義された本発明の範囲及び精神から外れることなしに、種々の変更及び変化は当業者に可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
以上、説明したように、本発明によるスクリーンにおいては、各導波管に入射されるイメージ光線の入射角によって各導波管の側壁の傾きは、異なるようになされている。従ってイメージ光は、例えば見る角度が重要な広告看板に所望の角度で投射することができる。更に、導波管の側壁の傾きは、隣り合う他の人達を除いて、観察者一人だけ見ることができるように視界角を調整するようにコンとロースすることができる。その結果、例えば秘密性の保障が重要な監視モニターなどで優れる性能を発揮することができる。
【００８８】
更に、本発明によれば、複数個の単一光源を使用する場合において、光源の間の境界部の光度を、表示装置の全部分に亘って均一に調整することができる。また、１つの拡散光源の場合において、装置の中心部と周辺部側の光強さをほぼ均一になすことができる。
【００８９】
このように、本発明の光学表示素子は、鮮明な画像と高画質を具現するため、プロジェクションスクリーン、広告看板用ディスプレイ、保安用スクリーンなどに有利に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】導波管内のイメージ光線の反射を示す概略図である。
【図２】導波管内のイメージ光線の反射を示す概略図である。
【図３】導波管内のイメージ光線の反射を示す概略図である。
【図４】導波管内のイメージ光線の反射を示す概略図である。
【図５】本発明の光分布の均一化を期した光学表示素子の第１実施形態が適用されたプロジェクションスクリーンを示す側面図である。
【図６】図５の光学表示素子において、導波管配列構造の一実施形態を示すものである。
【図７】図５の光学表示素子において、導波管配列構造の一実施形態を示すものである。
【図８】図５の光学表示素子において、導波管配列構造の一実施形態を示すものである。
【図９】図５の光学表示素子において、導波管構造の他の実施形態を示すものである。
【図１０】図５の光学表示素子において、導波管構造の他の実施形態を示すものである。
【図１１】図５の光学表示素子において、導波管構造の他の実施形態を示すものである。
【図１２】図９乃至図１１に例示された光学表示素子の製造方法を説明するための工程図である。
【図１３】照射時間と導波管の側壁の傾きの変化を示す概略図である。
【図１４】本発明の光分布の均一化を期した光学表示素子の第２実施形態を正面側から見た斜視図である。
【図１５】本発明に係る光分布の均一化を期した光学表示素子の第２実施形態を背面側から見た斜視図である。
【図１６】図１４のＥ−Ｅ線断面図である。
【図１７】図１６の変形実施形態の部分断面図である。
【図１８】図１４乃至図１６に例示された本発明の第２実施形態の光学素子の製造方法を説明する工程図である。
【図１９】図１８の製造工程で使われるフォトマスクの格子構造を示す平面図である。
【図２０】ＬＣＤ又はＬＥＤのような表示パネルを示すものである。
【図２１】図２０の表示パネルの各部の輝度を示すものである。
【図２２】本発明の光学素子をその上に載せた表示パネルである。
【図２３】図２２の表示パネルの各部の輝度を示すグラフである。
【図２４】多数個の単一光源を使用した従来の光学素子を示す図である。
【図２５】多数個の単一光源を使用する本発明の光学素子を示す図である。
【図２６】単一拡散光源を使用する従来の表示装置を示す図である。
【図２７】単一光源を使用する本発明の光学素子を示す図である。
【図２８】図２０の従来のものと図２１の本発明の光学素子の光特性を比較したグラフである。
【図２９】本発明の光分布の均一化を期した光学表示素子の第３実施形態を正面側から見た斜視図である
【図３０】本発明の光分布の均一化を期した光学表示素子の第３実施形態を背面側から見た斜視図である
【図３１】図２９のＦ−Ｆ線断面図である。
【図３２】図３１の実施形態の変形例を示す部分断面図である。
【図３３】図２９乃至図３１に例示された本発明の第３実施形態の光学素子の製造方法を説明する工程図である。
【図３４】本発明の光分布の均一化を期した光学表示素子の第４実施形態を示す部分断面図である。
【図３５】図３４の光学表示素子を製造する方法を説明する図である。
【図３６】図３４の光学表示素子を製造する方法を説明する図である。
【図３７】本発明の第４実施形態の変形例を示す図である。
【図３８】本発明の第４実施形態の変形例を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【国際調査報告】
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