JP2014178524A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シースルー表示時における良好な透明表示性能を保持しつつ背景を遮蔽することができる表示装置を提供する。
【解決手段】スクリーン部２１は、第１のスクリーン２１ａと第２のスクリーン２１ｂの２つのスクリーンが投影光の投影方向に隣接配置されており、第１のスクリーン２１ａは、第１の方向に直線偏光された可視光に対して散乱状態と透過状態が切替可能であり、第２のスクリーン２１ｂは、第１の方向とは異なる第２の方向に直線偏光された可視光に対して散乱状態と透過状態とが切替可能となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、映像を表示する表示装置に関する。

従来からプロジェクタ等の光源からの投影映像をスクリーン（投影面）に投影して映像を表示する表示装置が知られている。

特許文献１には、表示スクリーン全体を一様に透明状態と不透明状態とに所定の周期で交互に切り替えて、表示スクリーンの透明状態時に撮像装置への入力を行い、不透明状態時に表示スクリーンへ画像を投射することで、撮像装置が表示スクリーンを挟んで位置している観察者等を表示スクリーンに表示させる画像に影響されずに撮影できることが記載されている。

特許文献１に記載されたような、透明状態（透過状態）と不透明状態（散乱状態）とを切り替えることができる表示スクリーンは、不透明状態時に表示する画像となる投影光を投射して映像を表示するとともに、透明状態と不透明状態とを交互に切り替えることで、観察者は表示スクリーンの背後にある背景も観察することができる。

この種の表示スクリーンで透過率を上げてシースルー性を向上させるために、例えば特許文献２に記載されているスクリーンを使用することが考えられる。特許文献２には、２つの透明基板で高分子と液晶からなる層を狭持した構造とし、高分子が特定方向に配向している。このようにすることで、スクリーンに偏光依存性を持たせて、配向方向に偏光した光のみを散乱させることができるため、例えば、背景光や照明光等の無偏光は全て散乱されずに透過させることができる。したがって、透過率を上げてシースルー性を向上させることができる。

特許第２６８８５１９号公報 特許平６−３０１００５号公報

上述した偏光依存性を持ったスクリーンを用いることで、透過率を上げ、良好な透明表示性能を持たせることはできるが、一方で、透過率を下げて遮蔽したいという場合もある。例えば、観察者は、背景が見えると焦点が背景側に行きやすいため、特に映像に注目させたい場合は、背景を完全に遮蔽することが望ましい。しかしながら、偏光依存性を持ったスクリーンでは、スクリーンの偏光方向と異なる偏光は透過してしまうため、背景を完全に遮蔽することは不可能である。

そこで、本発明は、上述した問題に鑑み、例えば、シースルー表示時における良好な透明表示性能を保持しつつ背景を遮蔽することができる表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載された発明は、第１の方向に直線偏光された投影光が投影されるスクリーン部を有し、前記スクリーン部は、第１のスクリーンと第２のスクリーンの２つのスクリーンが前記投影光の投影方向に重なるように配置され、前記第１のスクリーンは、前記第１の方向に直線偏光された可視光に対して散乱状態と透過状態が切替可能であり、前記第２のスクリーンは、少なくとも前記第１の方向とは異なる第２の方向に直線偏光された可視光に対して前記散乱状態と前記透過状態とが切替可能である、ことを特徴とする表示装置である。

本発明の第１の実施例にかかる表示装置の概略構成図である。 図１に示されたスクリーンの模式的な断面図である。 図１に示されたホモジニアス配向高分子液晶複合材料を用いた調光部を有するスクリーンの入射光と散乱動作である。 図１に示されたスクリーンにおける偏光方向に依存する散乱の強さの電圧依存性を示したグラフである。 図１に示されたスクリーンの散乱状態における偏光投影光と無偏光背景光と透過と散乱の説明図である。 図１に示されたスクリーンの状態と、無偏光透過率と、偏光投影光透過率と、偏光投影光強度と、を示したタイミングチャートである。 図１に示された第１のスクリーンと第２のスクリーンの偏光投影光と無偏光背景光と透過と散乱の説明図である。 図１に示された第１のスクリーンと、第２のスクリーンと、の駆動方法を示したタイミングチャートである。 図１に示された第１のスクリーンと、第２のスクリーンと、半遮蔽表示時の駆動方法を示したタイミングチャートである。 図１に示された第１のスクリーンと、第２のスクリーンと、半遮蔽表示時の駆動方法を示したタイミングチャートである。 図１に示された第１のスクリーンと、第２のスクリーンと、半遮蔽表示時の駆動方法を示したタイミングチャートである。 図１に示された第１のスクリーンと、第２のスクリーンと、半遮蔽表示時の駆動方法を示したタイミングチャートである。 図１に示された第１のスクリーンと、第２のスクリーンと、の駆動波形を示したタイミングチャートである。 本発明の第２の実施例にかかる表示装置におけるスクリーンの分割された領域の説明図である。 図１４に示されたスクリーンの走査と駆動との同期制御の説明図である。 図１４に示されたスクリーンの走査と駆動の模式的なタイミングチャートである。 本発明の他の実施例にかかる表示装置の第１のスクリーンと第２のスクリーンの偏光投影光と無偏光背景光と透過と散乱の説明図である。 本発明の他の実施例にかかる表示装置の第１のスクリーンと第２のスクリーンの偏光投影光と無偏光背景光と透過と散乱の説明図である。

以下、本発明の一実施形態にかかる表示装置を説明する。本発明の一実施形態にかかる表示装置は、第１の方向に直線偏光された投影光が投影されるスクリーン部を有し、スクリーン部は、第１のスクリーンと第２のスクリーンの２つのスクリーンが投影光の投影方向に重なるように配置され、第１のスクリーンは、第１の方向に直線偏光された可視光に対して散乱状態と透過状態が切替可能であり、第２のスクリーンは、少なくとも第１の方向とは異なる第２の方向に直線偏光された可視光に対して散乱状態と透過状態とが切替可能である。このようにすることで、偏光依存性を持つ第１のスクリーンが散乱状態で透過する背景光や環境光を第２のスクリーンで遮蔽することができるため、背景全体を強く遮蔽することが可能となる。また、シースルー性を持たせる場合は、第２のスクリーンを透過状態にすればよいので、シースルー表示時における良好な透明表示性能を保持しつつ背景を遮蔽することができる。

また、第１のスクリーンと第２のスクリーンの時間平均の透過率を変更する制御手段を有するようにしてもよい。このようにすることにより、シースルー表示と背景の遮蔽状態との中間状態（半遮蔽状態）にすることができ、用途や場面に合わせた透過率にすることができる。

また、制御手段は、第１のスクリーンと第２のスクリーンのうち少なくとも一方の散乱状態の期間を変更するようにしてもよい。このようにすることにより、例えば、第１のスクリーンや第２のスクリーンのうち少なくともどちらかの電圧を印加する期間を変更することにより、第１のスクリーンや第２のスクリーンの時間平均の透過率を変化させることができる。

また、制御手段は、第１のスクリーンと第２のスクリーンを同じタイミングで散乱状態と透過状態とに切り替えるようにしてもよい。このようにすることにより、第１のスクリーンと第２のスクリーンを同じ透過率とすることができる。

また、制御手段は、投影光が投影されている期間は第２のスクリーンを透過状態とするようにしてもよい。このようにすることにより、第１のスクリーンで散乱され表示される映像が、第２のスクリーンの影響により妨害されることによる映像の劣化を軽減できる。

また、制御手段は、第１のスクリーンと第２のスクリーンのうち少なくとも他方の散乱状態の強度を変更するようにしてもよい。このようにすることにより、例えば、第１のスクリーンや第２のスクリーンのうち少なくともどちらかの印加する電圧を変更することにより、第１のスクリーンや第２のスクリーンの時間平均の透過率を変化させることができる。

本発明の第１の実施例にかかる表示装置１を図１乃至図１３を参照して説明する。表示装置１は図１に示すように、プロジェクタ１１と、スクリーン部２１と、同期制御部３１と、を備えている。表示装置１は、プロジェクタ１１の映像光（投影映像）を投射（投影）して、スクリーン部２１（投影面）で透過散乱する反射型プロジェクション装置である。

プロジェクタ１１は、スクリーン部２１を挟んで観察者と反対側に配置されている。プロジェクタ１１は、観察者側に配置してもよい。プロジェクタ１１は、スクリーン部２１への投影光を、映像を繰り返し投影するフレーム周期内の短い時間に一括して投射することができるものを使用できる。あるいはプロジェクタ１１は、走査周期中にスクリーン部２１上で黒状態（投影光が出ない状態）を順次シフトさせる透過型あるいは反射型液晶ライトバルブなどを使用できるが、これ以外の素子を用いてもよい。また、プロジェクタ１１は、映像の走査周期においてラスター走査し、スクリーン部２１の表示面に映像光を点順次で投影するものでもよい。このプロジェクタ１１では、強度変調された光ビームの照射方向を可動ミラーで反射して振るような、例えばレーザビームスキャンプロジェクタなどを用いることができる。このプロジェクタ１１は、映像光の照射位置がスクリーン部２１上の一方向に順次走査されているものと同様に考えることができる。

プロジェクタ１１は、スクリーン部２１へ映像情報により変調された映像光を投影できるものであればよい。また、プロジェクタ１１は、偏光版や偏光フィルタ等の偏光子を内蔵し、後述するスクリーン部２１が散乱する直線偏光と平行な直線偏光が投影されるようになっている。なお、映像情報は、プロジェクタ１１に入力される映像信号から得られる。プロジェクタ１１には、動画の映像信号だけでなく静止画の映像信号が入力されてもよい。この場合、プロジェクタ１１は、静止画を表示するための同じ映像光で、スクリーン部２１に繰り返し表示すればよい。

スクリーン部２１は、プロジェクタ１１からの映像光が表示されるスクリーンである。スクリーン部２１は、第１のスクリーン２１ａと、第２のスクリーン２１ｂを有している。第１のスクリーン２１ａと、第２のスクリーン２１ｂは、概ね同じスクリーンサイズであり、映像光が投影される方向に重なるように配置されている。つまり、第１のスクリーン２１ａの主面（観察者側の面）の中心と第２のスクリーン２１ｂの主面（背景側の面）の中心が同軸となるように配置されている。また、第１のスクリーン２１ａと第２のスクリーン２１ｂは接するように配置するのがスクリーン部２１を薄くできるので好ましいが、間隔が空いていてもよい。

図２に、光学状態を制御可能な第１のスクリーン２１ａおよび第２のスクリーン２１ｂの模式的な断面図を示す。以下の説明では第１のスクリーン２１ａとして説明する。図２に示した第１のスクリーン２１ａは、一対の透明なガラス基板２３，２４の間に液晶を含む複合材料を挟み込んだ光学層である調光部２５を有する。一方のガラス基板２４の調光部２５側には、全面に対向電極２６が形成される。他方のガラス基板２３の調光部２５側には、全面に制御電極２７が配置される。なお、電極２６、２７と調光部２５との間に、絶縁体からなる中間層を形成してもよい。

対向電極２６と制御電極２７は、たとえばＩＴＯ（酸化インジウム・スズ）により、透明電極として形成される。

第１のスクリーン２１ａは、電圧の印加により光学状態を変化できる素子や材料により構成された調光部２５を備えている。調光部２５の光学状態は、散乱状態が映像が表示される状態であり、それよりも入射光の散乱が小さく且つ平行光線透過率が高い透明な透過状態が映像が表示されない非映像状態である。調光部２５は、対向電極２６と制御電極２７との間に配置される。即ち、調光部２５は、２つの電極間に挟持され、投影された映像光を２つの電極間に印加された電圧によって光学状態を透過状態と散乱状態が切り替え可能である。

調光部２５には、高分子と液晶を混合させ電圧無印加時の配向が上下基板間ギャップ内で均一な所謂ホモジニアス配向高分子液晶複合材料を用いることができる。以下ホモジニアス配向高分子液晶複合材料を用いたリバースモード液晶素子を用いた調光部２５の説明をする。リバースモードとは、所定の電圧を印加した場合に散乱状態となり、電圧を印加しない場合は透過状態となることである。

調光部２５は、２枚の透明なガラス基板２３、２４の向かい合う表面に、対向電極（導電膜）２６、制御電極（導電膜）２７と所定の液晶材料が所望の配向をなすように配向処理を行う。そして、重合して高分子となる液晶性モノマー材料、ネマチック液晶材料及び重合開始剤を所定の混合比で混合し、ガラス基板２３、２４間（対向電極２６、制御電極２７間）に挟み込まれるようにして調光材料とする。この際、の配向方向がほぼ一致するように基板を５乃至１００マイクロメートルの間隔で向かい合わせる。液晶性モノマーとネマティック液晶の配向がほぼ一致した状態で、紫外線を照射して高分子化する。これにより、高分子ネットワーク中にネマティック液晶が可視光を散乱する程度の大きさで分散する構造となる。

上述したホモジニアス配向高分子液晶複合材料を用いた調光部２５を有する第１のスクリーン２１ａの入射光と散乱動作を図３を参照して説明する。図３（ａ）は電圧無印加時、（ｂ）は電圧印加時を示している。また、図中Ａ１は、ネマティック液晶の配向方向に偏光した入射光（第１の方向に直線偏光された投影光）、Ａ２はＡ１と直交する方向に偏光した入射光をそれぞれ示している。

図３（ａ）に示したように、電圧無印加時は、高分子材料とネマティック液晶からなる調光材料中で屈折率差がほぼ同じになるようにすることにより、調光材料（調光部２５）を通過する光線には散乱が発生しない。つまり、Ａ１、Ａ２とも透過する。

図３（ｂ）に示したように、所定の電圧を印加すると、ネマティック液晶の配向が電場によって変化し、配向方向に偏光した入射光は高分子材料とネマティック液晶領域の屈折率差を感じ、散乱が生じる。一方、これに直交する偏光は屈折率差が小さいため大きな散乱は生じない。つまり、Ａ１は散乱され、Ａ２は透過する。即ち、第１のスクリーン２１ａは、第１の方向に直線偏光された可視光に対して散乱状態と透過状態が切替可能となっている。

図４に、上述した構成の第１のスクリーン２１ａにおける偏光方向に依存する散乱の強さの電圧依存性を示したグラフを示す。図中点線は、第１のスクリーン２１ａが散乱する偏光方向に対して直交する（垂直な）直線偏光、一点鎖線は、無偏光、実線は、第１のスクリーン２１ａが散乱する偏光方向に対して平行な直線偏光を示している。

図４に示したように、電圧（交流電圧）値を上げると、第１のスクリーン２１ａ（調光部２５）散乱強度が上昇する。第１のスクリーン２１ａが散乱する偏光方向に対して平行偏光は散乱されるため正透過率が低下する。第１のスクリーン２１ａの偏光方向に対して直交する直線偏光は透過するため正透過率は殆ど低下しない。無偏光は、第１のスクリーン２１ａが散乱する偏光方向に対して平行な偏光と第１のスクリーン２１ａが散乱する偏光方向に対して直交する偏光が混合されていると考えられるので、正透過率は約５０％となる。

次に、上述した第１のスクリーン２１ａの散乱状態における偏光投影光と無偏光背景光と透過と散乱を図５を参照して説明する。図５（ａ）は、プロジェクタ１１から投影される偏光投影光（投影光）が第１のスクリーン２１ａで散乱される状態を示した図、図５（ｂ）は、図５（ａ）の状態において第１のスクリーン２１ａに入射する投影光と背景光や環境光などの偏光方向と散乱と透過の関係を示した図である。

図５（ａ）に示したように、プロジェクタ１１からの投影光は、偏光面が第１のスクリーン２１ａで散乱されるように直線偏光されている（図５の矢印方向）。このとき、図５（ｂ）に示したように、第１のスクリーン２１ａには投影光に加えて背景光や環境光も入射する。そして、背景光や環境光のうち投影光とは直交する直線偏光（図中●で示す）はスクリーン２１では散乱されずに透過する。

つまり、散乱状態にあっても背景光等は散乱されずに透過する成分もあるために、背景光等の正透過率を全光線透過率の半分程度に保持できるのでシースルー性の向上につながる。

第２のスクリーン２１ｂは、上述した第１のスクリーン２１ａと同様の構成であるが、調光部２５で散乱される偏光方向が、第１のスクリーン２１ａに対して、直交する方向となるように配向されている。即ち、第２のスクリーン２１ｂは、第１の方向とは異なる第２の方向に直線偏光された可視光に対して散乱状態と透過状態とが切替可能である。

そして、第１のスクリーン２１ａと第２のスクリーン２１ｂは、制御電極２７と対向電極２６との間に電位差を生じるように電圧が印加される。調光部２５内の液晶の配列状態は、上述したように、対向電極２６と制御電極２７の印加電圧により変化する。

第１のスクリーン２１ａと第２のスクリーン２１ｂは、それぞれ図２の構造をもったスクリーンを重ねて配置するようにしてもよい。また、第１のスクリーン２１ａと第２のスクリーン２１ｂが接するガラス基板を共通のガラス基板として、その共通のガラス基板の両面に電極を形成すれば、２つのスクリーンをより近接させることができる。

図６は、第１のスクリーン２１ａの状態と、無偏光透過率と、偏光投影光透過率と、偏光投影光強度と、を示したタイミングチャートである。無偏光とは例えば背景光あるいは照明や環境光を示し、偏光投影光とは上述したようにプロジェクタ１１から投影される投影光を示し、偏光投影光強度とはプロジェクタ１１から投影される投影光の強度を示す。
なお、第２のスクリーン２１ｂも同様の動作である。

図６に示したように、第１のスクリーン２１ａ（調光部２５）が散乱状態となると、無偏光透過率、偏光投影光透過率ともに低下する。但し、無偏光透過率は、図４を参照して説明したように、第１のスクリーン２１ａで散乱されない偏光成分を含むため偏光投影光よりも透過率は低下しない。また、プロジェクタ１１は、この期間（透過率が低下し投影光が散乱される期間）に映像を投影するので映像光強度が上昇し映像が表示される。一方、第１のスクリーン２１ａ（調光部２５）が透過状態となると、調光部２５の平行光線透過率は上昇する。この期間にプロジェクタ１１は映像を投影しないので映像は表示されない。

本実施例のスクリーン部２１は、上述した構成の第１のスクリーン２１ａと第２のスクリーン２１ｂが重ねられるように配置されている。したがって、図７に示すように、投影光と背景光や環境光のうち第１のスクリーン２１ａで散乱される偏光と平行な方向の偏光は第１のスクリーン２１ａで散乱され、背景光や環境光のうち第１のスクリーン２１ａで散乱される偏光とは直交する方向の偏光は第２のスクリーン２１ｂで散乱される。なお、図１や図７では、第２のスクリーン２１ｂ側から投影光や背景光／環境光が入射しているが逆側から入射しても同じように投影光と背景光や環境光のうち第１のスクリーン２１ａで散乱される偏光と直交する方向の偏光は第１のスクリーンで、背景光や環境光のうち第１のスクリーン２１ａで散乱される偏光とは直交する方向の偏光は第２のスクリーン２１ｂで散乱される。

上述したスクリーン部２１の観察者からは、第１のスクリーン２１ａと第２のスクリーン２１ｂの調光部２５が散乱状態の場合は、入射した光を散乱し、例えば白濁したように見える。一方、調光部２５が透過状態の場合は、スクリーン２１は透明な状態となる。したがって、調光部２５が散乱状態の場合にはスクリーン部２１にプロジェクタ１１から投影される映像光が表示でき、透過状態の場合はスクリーン部２１背後の背景を観察することができる。

制御手段としての同期制御部３１は、映像光（投影光）が投影される第１のスクリーン２１ａおよび第２のスクリーン２１ｂの調光部２５を、映像光が投影されている場合は当該映像光を散乱する散乱状態に制御し、投影されていない場合に透過状態に制御する。

同期制御部３１は、図１に示したように、プロジェクタ１１とスクリーン部２１とに接続される。同期制御部３１は、プロジェクタ１１の映像光の投影に同期させて、スクリーン部２１（第１のスクリーン２１ａと第２のスクリーン２１ｂ）の光学状態を制御する。プロジェクタ１１から同期制御部３１へ入力される同期信号は、例えばプロジェクタ１１の走査周期や映像周期（フレーム周期）に同期した同期信号などを用いることができる。

次に、上述した構成のスクリーン部２１の駆動方法について説明する。図８は、スクリーン部２１の第１のスクリーン２１ａ（Ｓｃｒ１）と、第２のスクリーン２１ｂ（Ｓｃｒ２）と、投影される映像光（映像）と、を示したタイミングチャートである。

図８（ａ）は、透明表示、つまり、映像を表示しながら背景も観察できるシースルー表示をする場合のタイミングチャートである。透明表示の場合は、第１のスクリーン２１ａは、映像光が投影される期間のみ散乱状態とし、第２のスクリーン２１ｂは、透過状態に固定する。このようにすることで、第１のスクリーン２１ａは映像光を散乱するとともに背景光などの環境光のうち第１のスクリーン２１ａの偏光方向とは異なる偏光を透過する。そして、第２のスクリーン２１ｂは映像光及び背景光などの環境光を散乱しない。したがって、良好な透明表示性能を保持することができる。

図８（ｂ）は、背景遮蔽表示、つまり、映像のみが表示され背景は観察できないようにした場合のタイミングチャートである。背景遮蔽表示の場合は、第１のスクリーン２１ａ、第２のスクリーン２１ｂともに、散乱状態に固定する。このようにすることで、第１のスクリーンは、第１のスクリーン２１ａは映像光を散乱するとともに背景光や環境光のうち第１のスクリーン２１ａの偏光方向とは異なる偏光を透過する。一方、第２のスクリーン２１ｂは映像光は散乱しないが、背景光や環境光のうち第１のスクリーン２１ａの偏光方向とは直交する方向の偏光を散乱する。したがって、背景を遮蔽することができる。

図８（ｃ）は、半遮蔽表示、つまり、透明表示と背景遮蔽表示の中間状態（半透明状態）とする場合のタイミングチャートである。半遮蔽表示の場合は、第１のスクリーン２１ａと第２のスクリーン２１ｂの散乱状態にする期間を可変とする。具体的には、少なくとも映像光の投影タイミングを含むようにして、その映像光の投影周期内で任意の長さに設定する。図８（ｃ）の場合は散乱周期とする期間の後端（立下り）位置を第１のスクリーン２１ａ、第２のスクリーン２１ｂともに同じタイミングで変化させている。このようにすることで、散乱状態の期間が透明状態の期間以上、背景遮蔽表示の期間以内で変化させることができ、時間平均の透過率（散乱度合い）を変化させることができる。

しかしながら、実際には完全に直交偏光に対する無散乱を実現することは困難である。そのため、スクリーン部２１に対してプロジェクタ１１と観察者が異なる側に配置されることとなる透過型の表示装置１では、映像光は第２のスクリーン２１ｂを通過する際、透明時には無い弱い散乱が発生して映像を妨害する。また、スクリーン部２１に対してプロジェクタ１１と観察者が同じ側に配置されることとなる反射型の表示装置１では、透過して第２のスクリーン２１ｂに到達した映像光が透明時には無い弱い散乱を生じるため映像を妨害する。

そこで、図９に示したように、映像光が投影されるタイミングにおいては第２のスクリーン２１ｂは透明状態とすることで散乱を極めて小さくする。このようにすることで、第２のスクリーンによる映像の妨害を軽減することができる。即ち、投影光が投影されている期間は第２のスクリーンを透過状態とする。

また、図１０に示すように、第１のスクリーン２１ａが散乱状態になるタイミングで第２のスクリーン２１ｂが透過状態になるようにしてもよい。この場合でも、スクリーン部２１としての時間平均の透過率（散乱度合い）を変化させることができる。図１０の場合は、第１のスクリーン２１ａの散乱状態とする期間の後端（立下り）位置を変化させ、第２のスクリーン２１ｂの散乱状態とする期間の先端（立上り）位置を変化させている。

また、図８乃至図１０は、第１のスクリーン２１ａと第２のスクリーン２１ｂの双方とも散乱状態にする期間を変更していたが、図１１に示すように、散乱の強度（散乱状態の強度）を変化させるようにしてもよい。この場合でも時間平均の透過率（散乱度合い）を変化させることができる。なお、図１１に示したように、第１のスクリーン２１ａは、映像光が投影される期間は最大の散乱状態となるようにする。

さらには、図１１は、第１のスクリーン２１ａと第２のスクリーン２１ｂの双方とも散乱状態の強度を変更していたが、図１２に示したように、第１のスクリーン２１ａは散乱期間を変化させ、第２のスクリーン２１ｂは散乱の強度を変化させるというように、両者を組み合せてもよい。勿論図１２とは逆に第１のスクリーン２１ａは散乱の強度を変化させ、第２のスクリーン２１ｂは散乱期間を変化させるようにしてもよい。この場合は、第１のスクリーン２１ａと第２のスクリーン２１ｂのうち、一方を散乱状態の期間を変更し、他方を散乱状態の強度を変更することとなる。

次に、図８乃至図１２に示したような駆動を行うための駆動波形の例を図１３を参照して説明する。図１３の最上段は第１のスクリーン２１ａまたは第２のスクリーン２１ｂの散乱状態を示している。このように散乱状態とする駆動波形としては、まず、駆動波形の例（１）として示したように、制御電極２７に＋側と−側に交互に変化する矩形波を印加し、対向電極２６には０ボルト固定とする。この場合、矩形波の＋側と−側それぞれの振幅の絶対値は、第１のスクリーン２１ａまたは第２のスクリーン２１ｂが最大の散乱状態となる電圧とする。なお、この例では、対向電極２６に矩形波を印加するようにしてもよい。

次に、駆動波形（２）として示したように、散乱期間の前半を制御電極２７に＋の電圧を印加し、後半を対向電極２６に＋の電圧を印加する。この場合、＋の電圧は、第１のスクリーン２１ａまたは第２のスクリーン２１ｂが最大の散乱状態となる電圧とする。なお、この例では散乱期間の前半に対向電極２６に＋の電圧を印加し、後半に制御電極２７に＋の電圧を印加するようにしてもよい。

次に、駆動波形（３）として示したように、１つ目の散乱期間は制御電極２７に＋の電圧を印加し、２つ目の散乱帰還は対向電極２６に＋電圧を印加する、といったように、散乱期間ごとに２つの電極に交互に電圧を印加する。この場合も＋の電圧は、第１のスクリーン２１ａまたは第２のスクリーン２１ｂが最大の散乱状態となる電圧とする。なお、この例では、１つ目の散乱期間を対向電極２６として交互に印加するようにしてもよい。

図１３に示した波形で散乱期間を変化させる場合は、矩形波等の波形自体の周期を変化させるようにすればよい。あるいは、駆動波形（１）の場合は、複数の矩形波から構成されるようにして矩形波の数を変化させるようにしてもよい。また、散乱の強度を変化させる場合は、印加する電圧値を調整するようにすればよい。

本実施例によれば、スクリーン部２１は、第１のスクリーン２１ａと第２のスクリーン２１ｂの２つのスクリーンが投影光の投影方向に重なるように配置されており、第１のスクリーン２１ａは、第１の方向に直線偏光された可視光に対して散乱状態と透過状態が切替可能であり、第２のスクリーン２１ｂは、第１の方向とは直交する第２の方向に直線偏光された可視光に対して散乱状態と透過状態とが切替可能である。このようにすることで、偏光依存性を持つ第１のスクリーン２１ａが散乱状態で透過する背景光などの環境光を第２のスクリーン２１ｂで散乱することができるため、背景全体を強く遮蔽することが可能となる。また、シースルー性を持たせる場合は、第２のスクリーン２１ｂを透過状態にすればよいので、シースルー表示時における良好な透明表示性能を保持しつつ背景を遮蔽することができる。

また、同期制御部３１が、第１のスクリーン２１ａと第２のスクリーン２１ｂの散乱期間を変更しているので、シースルー表示と背景遮蔽表示の中間状態である半遮蔽表示にすることができる。また、散乱期間を変更することで、時間平均の透過率を変更することができる。したがって、スクリーン部２１を用途や場面に合わせた透過率にすることができる。

また、同期制御部３１が、映像光が投影されている期間は第２のスクリーン２１ｂを透過状態とするようにしているので、第１のスクリーン２１ａで散乱され表示される映像が、第２のスクリーン２１ｂの影響により妨害されて映像が劣化することを抑制できる。

また、同期制御部３１が、散乱状態の強度を変更することで、半遮蔽表示を行うようにしてもよい。この場合は、第１のスクリーン２１ａや第２のスクリーンに印加する電圧を変更することにより、時間平均の透過率を変化させることができる。

次に、本発明の第２の実施例にかかる表示装置を図１４乃至図１６を参照して説明する。なお、前述した第１の実施例と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。

第１の実施例は、第１のスクリーン２１ａ、第２のスクリーン２１ｂともに制御電極２７と対向電極２６は全面に形成されていたが、本実施例では、第１のスクリーン２１ａと第２のスクリーン２１ｂの制御電極２７が複数に分割されている。

本実施例の制御電極２７は、第１のスクリーン２１ａや第２のスクリーン２１ｂの映像光が照射される領域を、一方向（例えば走査方向）で短冊状に複数に分割する（図１４参照）。複数の制御電極２７は、同期制御部３１に個別に接続され、個別に電圧を印加することができる。隣接する制御電極２７は、互いに離間して配列される。なお、図１４では短冊状の領域が縦に配置されているが、横方向にも分割して、マトリクス状に領域が分割されていてもよい。即ち、第１のスクリーン２１ａや第２のスクリーン２１ｂは複数の領域を有している。

なお、制御電極２７の間の、制御電極２７が形成されていない領域に対応した調光部２５内のギャップ領域の幅は、５から１００マイクロメートル程度であり、可能な限り狭いことが望ましい。調光部２５の厚さは、数から数十マイクロメートルであり、光学特性と駆動電圧を考慮して決定される。

つまり、制御電極２７に対応する領域ごとに散乱状態と透過状態とを切り替えることが可能となっている。

次に、上述した構成の表示装置１の基本的な動作原理を説明する。以下の説明は図８に示した透明表示における動作である。図１５は、スクリーン部２１の走査と駆動との同期制御の説明図である。プロジェクタ１１は、映像情報で変調された映像光でスクリーン部２１の上から下へ縦に走査する。プロジェクタ１１は、走査の繰り返し期間（以下、走査周期ともいう。）毎に、スクリーン部２１を上から下へ縦に走査する。

図１５（Ａ）から（Ｅ）は、１回の走査周期中の各時点での走査状態を、走査順で示すものである。図１５のスクリーン部２１は、一例として５つの分割領域２２を有する。５つの分割領域２２は、映像光の走査方向に沿って縦に配列される。

同期制御部３１は、プロジェクタ１１によるスクリーン部２１の一次元の縦方向の走査に同期させて、５つの分割領域２２の光学状態を個別に制御する。各分割領域２２は、映像光が投影されていない場合、非映像状態、すなわち調光部２５が入射光の散乱が小さい透明な透過状態に制御されスクリーン部２１としては周囲の環境光が透過する状態（非映像状態）となる。

映像光の走査が開始されると、プロジェクタ１１の走査光は、まず、図１５（Ａ）のように、スクリーン部２１の最上部の分割領域２２に照射される。以下、この説明において、走査光が照射される分割領域２２について、走査されていない他の分割領域２２から区別するために、符号２２１を使用する。同期制御部３１は、プロジェクタ１１からの同期信号に基づいて、走査周期中での、この最上部の分割領域２２１が走査される期間を特定し、最上部の分割領域２２１を映像状態に制御する。最上部の分割領域２２１を走査する映像光は、散乱状態の分割領域２２１により散乱され当該分割領域２２１には映像が表示される。

映像光の走査は、次に、図１５（Ｂ）のように、スクリーン部２１の上から２番目の分割領域２２１に移動する。同期制御部３１は、走査周期中での、この上から２番目の分割領域２２１が走査される期間を特定し、上から２番目の分割領域２２１を映像状態に制御する。上から２番目の分割領域２２１を走査する映像光は、散乱状態の分割領域２２１により散乱され映像が表示される。また、同期制御部３１は、上から２番目の分割領域２２１を映像状態に制御した後、最上部の分割領域２２を非映像状態に制御する。その後も、図１５（Ｃ）から（Ｅ）に示すように、同期制御部３１は、走査光により走査される分割領域２２１を映像状態に制御し、それ以外の分割領域２２を非映像状態に制御する。即ち、所定方向と平行に直線偏光された映像光（投影光）が投影されているスクリーン部２１の領域を散乱状態とし、該映像光が投影されていないスクリーン部２１の領域を透過状態としている。

以上の同期制御により、スクリーン部２１についての走査光が照射される部位は、映像状態に維持される。これにより、スクリーン部２１を走査する映像光は、散乱状態のスクリーン部２１で散乱される。また、スクリーン部２１についての走査光が照射されない部位は、非映像状態に制御される。各分割領域２２は、走査光により走査されていない殆どの期間において、非映像状態である透過状態に制御される。したがって、映像光の投影期間中に、映像の視認性を保ちつつ、スクリーン部２１のシースルー特性が得られる。

図１４に示したスクリーン部２１のように一方向に短冊状に分割されている場合、プロジェクタ１１の映像光は、スクリーン部２１の分割方向に順次走査される。同期制御部３１は、プロジェクタ１１からの同期信号に基づいて、プロジェクタ１１の映像光が照射される部位が映像状態（本実施例では散乱状態）に維持されるように、複数の分割領域２２を、走査順で、透過状態から散乱状態に制御する。この同期制御により、スクリーン部２１の各分割領域２２は、当該領域に映像光が照射される映像期間を含む期間Ｔｏｎ（図１６参照）において、映像状態としての散乱状態になる。また、映像光が照射されない非映像期間Ｔｏｆｆ（図１６参照）においては、非映像状態としての透明な透過状態となる。

したがって、スクリーン部２１は、その背面の物体を認識しうる透明さを有しつつ、常時散乱状態とした場合と同等の明るさで映像光を散乱して表示できる。つまり、背景物体を認識することが可能なシースルー性と、映像の高い視認性とを両立することが可能となる。

図１６は、スクリーン部２１の走査と駆動との模式的なタイミングチャートである。横軸は、時間である。縦軸は、スクリーン部２１の縦方向の位置を示し、スクリーン部２１での複数の分割領域２２に対応する。

スクリーン部２１の各分割領域２２は、各々の領域を映像光が走査し始めるタイミングより前に、透過状態から散乱状態に制御される。また、散乱状態の分割領域２２は、当該領域についての走査が終了した後に、散乱状態から透過状態に制御される。

複数の分割領域２２は、各々の領域に映像光が走査により照射される部分走査期間ＴＰに同期して映像状態（散乱状態）に制御されることにより、走査順で、時間をずらして、順次映像状態へ切り替えられる。スクリーン部２１を走査する映像光は、映像状態に維持された部分により、効率よく散乱され、明るく高い視認性を得ることができる。なお、図１６中映像光走査が３本の矢印で表示されているが、これは赤緑青の光の３原色それぞれに対応する映像光を示している。

この同期制御のための切り替えタイミングの情報は、同期信号としてプロジェクタ１１から同期制御部３１に送出される。同期制御部３１は、好ましくは、各分割領域２２の光学状態が所定の散乱状態に安定している期間に映像光が照射されるように、対向電極２６と各制御電極２７へ印加する電圧を制御する。

各分割領域２２の光学状態は、制御電極２７へ印加する電圧の信号波形により切り替わる。特に、プロジェクタ１１が同期制御部３１へ出力する切り替えタイミングの情報には、プロジェクタ１１の各フレームの走査を開始するタイミングの情報と、走査速度（走査の遅延／シフト）とを含めるとよい。これにより、フレーム周波数が変化した場合にも、映像を乱すことなく、良好なシースルー表示を実現できる。なお、プロジェクタ１１および同期制御部３１をマイクロ波、赤外線などの電磁波を用いたワイヤレス通信可能とし、これらの同期を得るための情報を無線信号により授受してもよい。

以上の同期制御により、本実施形態の同期制御部３１は、映像光の走査周期Ｔにおける複数の分割領域２２の光学状態を、プロジェクタ１１による映像光の走査に同期させて切り替えて、スクリーン部２１についての、映像光が投影される部位の光学状態を映像状態とする。即ち、映像光の投影と同期して散乱状態に切り替えるとともに、領域の散乱状態と透過状態とを所定の周期で交互に切り替えている。

よって、スクリーン部２１は、映像光が照射されるタイミングを含む期間Ｔｏｎにおいて、映像光が照射される部位が散乱状態に維持されるため、映像を表示できる。

しかも、スクリーン部２１は、映像光の投影期間中に、各部位が期間Ｔｏｎ以外の時間では透過状態に制御されるので、スクリーン部２１を透視することができる。人間の目にはスクリーン部２１の散乱光が平均（積分）化されて見えるので、十分短い走査周期の場合、フリッカを感じることのないシースルー特性が得られる。

例えば、映像のフレーム周波数を５０Ｈｚ程度以上とすると、そのフレーム周波数（周期）のうち１から２０％程度の時間に映像光を投影し、調光部２５にはこの時間で十分な散乱を実現できるような散乱状態となる電圧を印加する。人間の目にはこのフレーム毎の散乱状態の繰り返しは点滅として認識されないので、時間平均（積分）されることによってスクリーン部２１はシースルー状態を保持しつつ映像を表示することができる。

なお、背景遮蔽表示の場合は、シースルー性は必要ないので本実施例のような動作は必要無く図８（ｂ）のように動作させればよい。また、半遮蔽表示の場合は、映像光の投影に合わせて領域毎に図８（ｃ）乃至図１１に示したように動作させればよい。

本実施例によれば、スクリーン部２１が複数の分割領域２２を有し、プロジェクタ１１からの映像光の投影に同期させて分割領域を散乱状態に変化させているので、一括投射と比較してプロジェクタ１１からの最大光量を少なくすることができる。

なお、上述した２つの実施例における第２のスクリーン２１ｂは、調光部２５で散乱される偏光方向が、第１のスクリーン２１ａに対して、直交する方向となるように配向されている偏光依存性を持つスクリーンであったが、偏光依存性を持たないスクリーンとしてもよい。偏光依存性を持たないスクリーンの動作を図１７および図１８を参照して説明する。

図１７及び図１８において、偏光依存性を持たないスクリーンを第２のスクリーン２１ｂ１とする。図１７は、第１のスクリーン２１ａと第２のスクリーン２１ｂ１の配置を、プロジェクタ１１側に第１のスクリーン２１ａを配置した場合である。この場合、第２のスクリーン２１ｂ１は、偏光方向によらず入射光（可視光）を散乱するので、第１のスクリーン２１ａを透過した背景光や環境光を散乱することができる。したがって、背景を遮蔽することができる。

図１８は、第１のスクリーン２１ａと第２のスクリーン２１ｂ１の配置を、プロジェクタ１１側に第２のスクリーン２１ｂ１を配置した場合である。この場合、第２のスクリーン２１ｂ１は、偏光方向によらず入射光（可視光）を散乱するので、プロジェクタ１１からの映像光（投影光）が投影される領域は透過状態にする必要がある。一括投射方式の場合は、映像光が投影される期間は透過状態にする。したがって、投影光以外は透過しないようにすることができ、背景を遮蔽することができる。

また、本発明は上記実施例に限定されるものではない。即ち、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。かかる変形によってもなお本発明の表示装置の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。

１ 表示装置
２１ スクリーン部
２１ａ 第１のスクリーン
２１ｂ 第２のスクリーン
２１ｂ１ 第２のスクリーン
３１ 同期制御部（制御手段）

Claims (6)

1. 第１の方向に直線偏光された投影光が投影されるスクリーン部を有し、
   前記スクリーン部は、第１のスクリーンと第２のスクリーンの２つのスクリーンが前記投影光の投影方向に重なるように配置され、
   前記第１のスクリーンは、前記第１の方向に直線偏光された可視光に対して散乱状態と透過状態が切替可能であり、
   前記第２のスクリーンは、少なくとも前記第１の方向とは異なる第２の方向に直線偏光された可視光に対して前記散乱状態と前記透過状態とが切替可能である、
   ことを特徴とする表示装置。
2. 前記第１のスクリーンと前記第２のスクリーンの時間平均の透過率を変更する制御手段を有することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記制御手段は、前記第１のスクリーンと前記第２のスクリーンのうち少なくとも一方の前記散乱状態の期間を変更することを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
4. 前記制御手段は、前記第１のスクリーンと前記第２のスクリーンを同じタイミングで前記散乱状態と前記透過状態とに切り替えることを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
5. 前記制御手段は、前記投影光が投影されている期間は前記第２のスクリーンを透過状態とすることを特徴とする請求項３または４に記載の表示装置。
6. 前記制御手段は、前記第１のスクリーンと前記第２のスクリーンのうち少なくとも他方の前記散乱状態の強度を変更することを特徴とする請求項２または３に記載の表示装置。

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