JP2017167224A - 空間浮遊映像表示装置 - Google Patents
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図1(a)、図1(b)からわかるように、空間浮遊映像表示装置1によれば、映像源装置10から出射された映像が空間浮遊映像表示光学シート50を透過することにより、空間浮遊映像表示光学シート50のうち、映像源装置10とは反対側の空間に像を結び、映像Aが空間中に浮遊するように表示される。
これらの図からわかるように、空間浮遊映像表示装置1は、映像源装置10と空間浮遊映像表示光学シート50を有して構成されている。以下、それぞれについて説明する。
さらに液晶パネルは、その性質上、該液晶パネルの法線方向からの入射光に対しては、出射光のコントラスト、及び効率(透過率)は優れている。しかしながら、液晶パネルの法線方向に対して斜めからの入射光、及び観察者による斜め方向からの観察についてはコントラストの低下や効率(透過率)の低さが問題となる。すなわち、光の利用効率を高めるためには液晶パネルの法線方向からの入射光を多くすることも有効である。
面光源装置20は、液晶パネル15に対して観察者側とは反対側に配置され、液晶パネル15に面状の光を出射する照明装置である。図2〜図4よりわかるように、本形態の面光源装置20は、エッジライト型の面光源装置として構成され、導光板21、光源24、光拡散層25、プリズム層26、反射型偏光板27、粘着剤層28、反射シート29を有している。
複数の裏面光学要素23が配列される方向は導光方向であることが好ましい。すなわち、光源24から離隔する方向に配列され、光源24が配列される方向、又は1つの長い光源であれば該光源が延びる方向に平行に各裏面光学要素23の稜線が延びている。
なお、本形態では上記のように光源24は一方側の側面に配置される例を示したが、さらにこの側面とは反対側となる側面にも光源が配置される形態であってもよい。なお、この場合には裏面光学要素の形状も公知の例に倣って形成する。
光拡散層の具体的態様は、公知の光拡散層を用いることができ、例えば母材の中に光拡散剤を分散させた形態を挙げることができる。
このようなプリズム層の単位プリズムの断面形状は、必要とする機能に応じて公知の形状を適用することができる。当該形状により光をさらに拡散させることもできるし、集光させることもできる。
粘着剤層28を構成する材料は特に限定されず、公知の粘着剤、接着剤、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂等を用いることができる。より具体的な例としては、粘着剤層28として、例えばアクリル系の粘着剤を用いることができ、さらに具体的にはアクリル系共重合体とイソシアネート化合物とを組み合わせた粘着剤を挙げることができる。ただし、粘着剤層28を構成する材料は透光性、耐候性に優れた材料によることが好ましい。
光制御シート30は図2〜図4よりわかるように、シート状に形成された基材層31と、基材層31の一方の面(本形態では導光板21側の面)に設けられた光制御層32と、を備えている。
基材層31としては、透明樹脂フィルム、透明樹脂板、透明樹脂シートや透明ガラスを用いることができる。透明樹脂フィルムとしては、トリアセテートセルロース(TAC)フィルム、ポリエチレンテレフタレート(PET)等のポリエステル系フィルム、ジアセチルセルロースフィルム、アセテートブチレートセルロースフィルム、ポリエーテルサルホンフィルム、ポリアクリル系樹脂フィルム、ポリウレタン系樹脂フィルム、ポリエステルフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリスルホンフィルム、ポリエーテルフィルム、ポリメチルペンテンフィルム、ポリエーテルケトンフィルム、(メタ)アクリルロニトリルフィルム等を好適に使用できるが、これらの中でも、ポリエステル系フィルムが好ましく用いられる。ポリエステル系フィルムとしては、ポリエチレンテレフタレートの他、ポリブチレンテレフタレート、ポリナフタレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート等が挙げられる。
屈折率Nrの値は特に限定されることはないが、当該全反射を適切に行う観点から1.50以下であることが好ましく、その中でも入手性の観点から1.47以上が好ましい。より好ましく1.49以上である。
はじめに基材層31の一方の面に光透過部33を形成する。これは、光透過部33の形状が転写できる形状を表面に有する金型ロールと、これに対向するように配置されたニップロールとの間に、基材層31となる基材シートを挿入する。このとき、基材シートと金型ロールとの間に光透過部を構成する組成物を供給しながら金型ロール及びニップロールを回転させる。これにより金型ロールの表面に形成された光透過部に対応する溝(光透過部形状を反転した形状)に光透過部を構成する組成物が充填され、該組成物が金型ロールの表面形状に沿ったものとなる。
光吸収粒子を用いる場合には、カーボンブラック等の光吸収性の着色粒子が好ましく用いられるが、これらに限定されるものではなく、映像光の特性に合わせて特定の波長を選択的に吸収する着色粒子を使用してもよい。具体的には、カーボンブラック、グラファイト、黒色酸化鉄等の金属塩、染料、顔料等で着色した有機微粒子や着色したガラスビーズ等を挙げることができる。特に、着色した有機微粒子が、コスト面、品質面、入手の容易さ等の観点から好ましく用いられる。着色粒子の平均粒子径は1.0μm以上20μm以下であることが好ましい。
例えば、有機エレクトロルミネッセンスを映像源として上記した光制御シートを組み合わせて映像源装置としてもよい。
また、例えば、透過型、又は反射型スクリーンにプロジェクターから映像を投射して表示するプロジェクション表示装置に対して、上記スクリーンに指向性を高めて光を出射する手段を設けるように構成することができる。当該指向性を高める手段として上記光制御シートを適用することができる。光制御シートの他にも例えばフレネルレンズ、レンチキュラーレンズ、マイクロレンズ、又は光制御シートとこれらレンズの組み合わせが挙げられる。
隣り合う単位反射要素63の間は、空気等の気体、又は、単位反射要素63よりも屈折率が低い樹脂で満たされている。
そのため、全反射面となる面を構成する脚部63aが光学シートのシート面法線と成す角αは0度以上1度以下であることが好ましい。
一方、全反射面とならない側の面を構成する脚部63bが光学シートのシート面法線と成す角βは3度以上30度以下が好ましい。これにより、脚部63bによる面で光が反射することを抑制することができる。
単位反射要素63の配列ピッチPrは50μm以上300μm以下とすることが好ましい。Prが50μmより小さいと回折の影響や作製のための金型の精度を確保することができないことにより映像の解像性が低下する虞がある。また、Prが300μmより大きくなると成型時の変形が大きくなりこれも映像の解像性低下の原因となると考えられる。
このとき、単位反射要素63のうち台形断面の上底のピッチ方向(幅方向)の大きさDrは、単位反射要素63の厚さTrとの関係で次式(1)を満たすことが好ましい。
tan−1(Tr/Dr)=sin−1(sin45°/n) (1)
ここで、nは単位反射要素63の屈折率である。好ましい屈折率は上記光制御シート30の光透過部33と同様に考えることができる。これにより、シート面法線に対して角度45度方向で入光した光を効率よく反射することができる。またTrは20μm以上470μm以下であることが好ましい。
図7〜図10よりわかるように、第一光反射シート60と第二光反射シート70とが、互いの単位反射要素63が対向するように配置されるとともに、空間浮遊映像表示光学シート50の平面視で、単位反射要素63が延びる稜線方向が角度αで交差(図7参照)する向きとされている。本形態ではα=90°で交差している。
図12(a)の例にかかる空間浮遊映像表示光学シート150では、第一光反射シート60の単位反射要素63が第二光反射シート70の基部61に向き合うように配置されている。
図12(b)の例にかかる空間浮遊映像表示光学シート250では、第一光反射シート60の基部61と第二光反射シート70の単位反射要素63とが向き合うように配置されている。
図13の例にかかる空間浮遊映像表示光学シート350では、第二光反射シート30の基部21と第一光反射シート20の基部21とが向き合うように配置されている。
このとき、本形態では、第一光反射シート60が映像源装置10側となるように配置される。その際には、図1(b)からわかるように、空間浮遊映像表示光学シート50は、映像源装置10の表示面に対して、入光面が角度φで傾くように配置される。このφの角度は必要に応じて設定することができるが、通常45度程度とされている。
一方、反射型偏光板27の反射軸に沿った偏光方向の光は図2に点線矢印L31’、L32’で示したように反射して導光板21側に戻される。戻された光は、導光板21、裏面光学要素23、又は反射シート29で反射して再び反射型偏光板27の側に進行する。この反射の際に一部の光の偏光方向が変化しておりその一部は反射型偏光板27を透過する。他の光は再び導光板側に戻される。このように反射型偏光板27で反射した光も反射を繰り返すことで反射型偏光板27を透過できるようになる。これにより光源24からの光の利用率が高められる。
下偏光板14は、入射光のうち、一方の偏光成分を透過させ、その他の偏光成分を吸収する。下偏光板14を透過した光は、画素毎への電界印加の状態に応じて、選択的に上偏光板13を透過するようになる。このようにして、液晶パネル15によって、面光源装置20からの光を画素毎に選択的に透過させることにより、液晶表示装置の観察者が、映像を観察することができるようになる。
一方、図5にL53で示したようにシート面法線に対して大きな角度で光制御層32に入射した光は光吸収部34に吸収され出射されない。
これにより、映像源装置10から集光された映像光として空間浮遊映像表示光学シート50に入射した映像光が空間浮遊映像表示光学シート50を透過して空間浮遊映像表示光学シート50の反対側から出射することで結像し、空間に浮遊したように映像が表示される。
従って、空間浮遊映像表示装置1により、ゴースト像の発生を防止して質の良い映像を提供することができる。
10 映像源装置
15 液晶パネル
20 面光源装置
21 導光板
24 光源
25 光拡散層
26 プリズム層
27 反射型偏光板
30 光学シート
32 光制御層
33 光透過部
34 光吸収部
50 空間浮遊映像表示光学シート
60 第一光反射シート
61 基部
62 反射要素部
63 単位反射要素
70 第二光反射シート
Claims (5)
- 映像源装置と、
前記映像源装置からの光を透過して、出射側に結像させて映像を空間に表示させる空間浮遊映像表示光学シートと、を備え、
前記映像源装置は、所定の断面を有してシート面に沿って一方向に延び、当該延びる方向とは異なる方向に所定の間隔で複数配列される光透過部、及び、隣り合う前記光透過部の間隔に形成され光を吸収する光吸収部を有する光制御層を備えており、
前記空間浮遊映像表示光学シートは、
所定の断面を有してシート面に沿って一方向に延び、当該延びる方向とは異なる方向に所定の間隔で複数配列され、全反射界面を形成する単位反射要素を具備する第一光反射シートと、
所定の断面を有してシート面に沿って一方向に延び、当該延びる方向とは異なる方向に所定の間隔で複数配列され、全反射界面を形成する単位反射要素を具備する第二光反射シートと、を備えている、
空間浮遊映像表示装置。 - 前記単位反射要素の配列ピッチが50μm以上300μm以下である請求項1に記載の空間浮遊映像表示装置。
- 前記第一光反射シートの前記単位反射要素が延びる方向と、前記第二光反射シートの前記単位反射要素が延びる方向と、が前記空間浮遊映像表示光学シートの平面視で交差している、請求項1又は2に記載の空間浮遊映像表示装置。
- 前記映像源装置が液晶パネルを備えている、請求項1乃至3のいずれかに記載の空間浮遊映像表示装置。
- 前記映像源装置がプロジェクター及びスクリーンを備え、前記スクリーンに前記光制御シートが備えられている請求項1乃至3のいずれかに記載の空間浮遊映像表示装置。
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