JP2018031990A - スクリーンおよび表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スペックルを十分に低減することができるスクリーンおよび表示装置を提供する。
【解決手段】プロジェクタ２０から光を照射されて画像を表示するスクリーン４０であって、それぞれが不混和の複数の液体４３、４４と、複数の液体４３、４４のうち一液体に印加する電圧に応じて、一液体に接する面に対する一液体の接触角を変化させる電極４１、４２と、を備える。
【選択図】図１

Description

本開示は、スクリーンおよび表示装置に関する。

例えば、特許文献１及び特許文献２に開示されているように、コヒーレント光源を用いたプロジェクタが広く利用に供されている。コヒーレント光として、典型的には、レーザ光源から発振されるレーザ光が用いられる。プロジェクタからの画像光がコヒーレント光によって形成される場合、画像光が照射されるスクリーン上にスペックルが観察されるようになる。スペックルは、斑点模様として認識され、表示画質を劣化させる。

特許文献１では、スペックルを低減する目的から、スクリーン上の各位置に入射する画像光の入射角度が、経時的に変化するようになっている。この結果、スクリーン上で相関の無い散乱パターンが発生し、観察面上で重畳されることにより、スペックルを低減することができる。

国際公開第２０１２／０３３１７４号 特開２００８−３１０２６０号公報

スペックルを低減するための別の方法として、拡散特性が経時的に変化するスクリーンも有効であると考えられる。ここで特許文献２は、マイクロカプセル型電気泳動方式の電子ペーパーによって構成されたスクリーンを提案している。特許文献２のスクリーンでは、ラスタースキャン方式により照射される画像光の照射位置に対応して、反射率が変化する。

さらに、画像光が照射されない部分の反射率を低く制御することにより、この反射率の低い領域において外光や照明光などの環境光の反射が抑制され、高コントラストな画像を表示できる可能性がある。

しかしながら、特許文献２に開示されたスクリーンでは、反射率が白色粒子と黒色粒子の表示割合により変化するのみで、スクリーンで発生するスペックルに対しては何ら効果がない。また、これまでにスクリーンを直接振動させる等の方式が提案されているが、実用面での制約が大きく、広く普及するにいたっていない。

本開示は、以上の点を考慮してなされたものであって、従来と異なる手法により、スペックルを十分に低減することができるスクリーンおよび表示装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本開示の一態様では、
プロジェクタから光を照射されて画像を表示するスクリーンであって、
それぞれが不混和の複数の液体と、
前記複数の液体のうち一液体に印加する電圧に応じて、前記一液体に接する面に対する前記一液体の接触角を変化させる電極と、を備えるスクリーンが提供される。

本開示の他の一態様では、
プロジェクタから光を照射されて画像を表示するスクリーンであって、
導電性または極性を有する第１液体と、
前記第１液体に接するように配置され、前記第１液体とは不混和の第２液体と、
前記第２液体に接するように配置される電気絶縁層と、
前記第１液体を介して前記第２液体に印加する電圧に応じて、前記電気絶縁層上での前記第２液体の接触角を変化させる電極と、を備えるスクリーンが提供される。

前記電極は、前記第１液体を介して前記第２液体に印加される交流電圧に応じて、前記電気絶縁層上での前記第２液体の表面積を周期的に変化させてもよい。

当該スクリーンの面内の二次元方向に配置され、それぞれが前記第１液体および前記第２液体を収納する複数の隔壁部を備えてもよい。

前記第１液体は、親水性液体であり、
前記第２液体は、疎水性液体であってもよい。

前記第１液体および前記第２液体は、比誘電率および光拡散特性の少なくとも一方が互いに異なってもよい。

前記第１液体および前記第２液体は単一色であってもよい。

前記第１液体および前記第２液体は、前記プロジェクタから照射される光に対して透明であってもよい。

前記第１液体および前記第２液体は、前記プロジェクタから照射される光を拡散させてもよい。

本開示の他の一態様では、
コヒーレント光を照射するプロジェクタと、
前記スクリーンと、を備える表示装置が提供される。

本開示によれば、従来と異なる手法により、スペックルを十分に低減することができる。

第１の実施形態による表示装置を示す図。 第１の実施形態による表示装置において、第１液体の接触角の拡大状態を示す図。 第１の実施形態による表示装置において、第１液体の接触角の縮小状態を示す図。 第１の実施形態の第１の変形例による表示装置を示す図。 第１の実施形態の第２の変形例による表示装置を示す図。 第１の実施形態の第３の変形例による表示装置を示す図。 第１の実施形態の第４の変形例による表示装置を示す図。 第２の実施形態による表示装置を示す図。

以下、図面を参照して本開示の実施形態について説明する。なお、本明細書に添付する図面においては、図面の理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれから変更して誇張してある。また、本実施形態で参照する図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号または類似の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

（第１の実施形態）
図１に示すように、表示装置１０は、プロジェクタ２０と、スクリーン４０と、電力源３０と、制御装置３５とを備える。

プロジェクタ２０は、画像を形成する光、すなわち、画像光を、スクリーン４０へ投射する。図示された例において、プロジェクタ２０は、コヒーレント光を発振するコヒーレント光源２１と、コヒーレント光源２１の光路を調整する図示しない走査装置と、を有している。コヒーレント光源２１は、典型例として、レーザ光を発振するレーザ光源から構成されている。コヒーレント光源２１は、互いに異なる波長域の光を生成する複数のコヒーレント光源を有するようにしてもよい。

図示された例において、プロジェクタ２０は、ラスタースキャン方式にて、スクリーン４０上にコヒーレント光を投射する。プロジェクタ２０は、スクリーン４０上の全域を走査するよう、コヒーレント光を投射する。走査は、高速で実施される。プロジェクタ２０は、形成すべき画像に応じ、コヒーレント光源２１からのコヒーレント光の射出を停止する。すなわち、スクリーン４０上の画像が形成されるべき位置のみにコヒーレント光を投射する。この結果、スクリーン４０上に画像が形成される。プロジェクタ２０の動作は、電力源３０によるプロジェクタ２０への印加電圧によって制御される。印加電圧は、制御装置３５で制御される。

（スクリーン４０）
次に、スクリーン４０について説明する。図１に示す例において、スクリーン４０は、コヒーレント光の入射側から順に、第１基板４８と、第１電極４１と、第１液体４３および第２液体４４と、電気絶縁層４５と、第２電極４２と、第２基板４９とを有している。スクリーン４０の各構成部４１〜４５、４８、４９は、光の入射方向に交差する方向に面状に広がっている。

図示された例において、スクリーン４０は、透過型のスクリーンを構成している。プロジェクタ２０は、第１基板４８側からスクリーン４０に画像光を照射する。画像光は、スクリーン４０の各構成部４１〜４５、４８、４９を入射側から順に透過した後、第２基板４９の出射側の端面である表示側面４０ａにおいてスクリーン４０の外部に出射される。この結果、表示側面４０ａに対面する観察者は、画像を視認することが可能となる。なお、スクリーン４０へのコヒーレント光の入射は、第２基板４９側から行ってもよい。その場合、第１基板４８の最表面が表示側面となる。

（第１液体４３、第２液体４４）
第１液体４３と第２液体４４とは、互いに不混和すなわち混ざり合わないものである。第１液体４３は、導電性または極性を有する液体であり、親水性を有する。第２液体４４は、第１液体４３と接するように配置されている。第２液体４４は、極性を有しない液体であり、疎水性を有する。第１液体４３と第２液体４４は、比誘電率および光拡散特性の少なくとも一方が互いに異なってもよい。

第１液体４３および第２液体４４は、単一色の透明の液体である。本実施形態では、色を表示する目的ではなく、スクリーンとして利用するため、第１液体４３と第２液体４４を単一色とすることで、第１液体４３と第２液体４４の境界が視認されなくなり、画像光のちらつきの発生を抑制できる。また、第１液体４３と第２液体４４が透明であることで、スクリーン４０が画像光を透過表示できる。ここで、透明とは、プロジェクタ２０から照射される光に対して透明であることを意味する。

図１に示すように、第１液体４３と第２液体４４とは、第１電極４１と、電気絶縁層４５と、スクリーン４０の周縁部に設けられた周壁部４１０とで囲まれた領域内に封入されている。

第１液体４３としては、例えば、水を好適に用いることができる。第１液体４３は、アルコールや酸等であってもよい。第２液体４４としては、第１液体４３と混じり合わないもの、例えば、油を好適に用いることができる。油は、例えば、ヘプタン、ヘキサン、ノナン、デカン、オクタン、テトラデカン、オクタデカン、ヘキサデカン、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、安息香酸エチル等であってもよい。

（電気絶縁層４５）
電気絶縁層４５は、例えば第１電極４１および第２電極４２間に電圧を印加していない状態では、第２液体４４に接するように配置されている。また、電気絶縁層４５は、第２液体４４の反対側の面において第２電極４２と接している。第１電極４１および第２電極４２間に電圧を印加していない状態では、電圧を印加している状態よりも、電気絶縁層４５に対する第２液体４４の接触角が小さくなっている。これにより、第２液体４４は、電気絶縁層４５上に広く濡れ広がり、電気絶縁層４５上の第２液体４４の表面積はより広くなっている。

電気絶縁層４５は、例えば、ポリイミド系樹脂、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ_４、アクリル系樹脂、ペリレン、フッ素系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリスチレン、シリコーン樹脂、石英、エポキシ樹脂、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン等の絶縁材料であってもよい。

（第１電極４１、第２電極４２）
第１電極４１および第２電極４２は、電力源３の両端のそれぞれに接続され、電力源３から電圧が印加される。第１電極４１に接する第１液体４３は、導電性または極性を有するため、第１電極４１と第２電極４２間に電圧を印加すると、第１液体４３を介して第２液体４４と電気絶縁層４５との間にも電圧が印加されることになる。第２液体４４と電気絶縁層４５との間の電圧が変化すると、電気絶縁層４５に対する第２液体４４の表面エネルギが変化し、第２液体４４の接触角が変化する。例えば、第２液体４４と電気絶縁層４５との間の電圧が大きくなるほど表面エネルギが増加し、接触角が大きくなる。電気絶縁層４５に対する第２液体４４の接触角が大きくなると、電気絶縁層４５上での第２液体４４の表面積は小さくなる。このように、第１電極４１および第２電極４２間に印加される電圧により、電気絶縁層４５に対する第２液体４４の接触角を変化させることができる。なお、第２液体４４の接触角は、第１電極４１および第２電極４２間に電圧を印加していない状態で大きくて、電圧を印加した状態で小さくなるようにしてもよい。

本実施形態では、第１電極４１および第２電極４２には、電力源３から交流電圧が印加される。よって、第２液体４４は、印加される交流電圧に応じて、電気絶縁層４５上での表面積すなわち接触角が周期的に変化する。

このように、第１電極４１および第２電極４２は、エレクトロウェッティングにより、電気絶縁層４５に対する第２液体４４の接触角すなわち濡れ性を変化させる。これにより、スクリーン４０の透過特性が周期的に変化し、スペックルを低減できる。

なお、第１電極４１および第２電極４２は、いずれも透明であり、画像光に対する透過性を有する。第１電極４１および第２電極４２は、それぞれ、可視光領域における透過率が８０％以上であることが好ましく、８４％以上であることがより好ましい。なお、可視光透過率は、分光光度計（（株）島津製作所製「ＵＶ−３１００ＰＣ」、ＪＩＳＫ０１１５準拠品）を用いて測定波長３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの範囲内で測定したときの、各波長における透過率の平均値として特定される。後述する第２の実施形態のように画像光を反射させて表示する場合は、第２電極は必ずしも透明である必要はなく、アルミ電極などの透過性を有さない電極を用いることもできる。

第１電極４１および第２電極４２をなす導電材料として、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ；インジウム錫酸化物）、ＩｎＺｎＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ；インジウム亜鉛酸化物）、Ａｇナノワイヤー、カーボンナノチューブ等を用いることができる。

第１基板４８および第２基板４９は、第１液体４３および第２液体４４を保護および封止する層である。第１基板４８および第２基板４９は、透明樹脂、例えば優れた安定性を有するポリエチレンテレフタレート、あるいはポリカーボネートやシクロオレフィンポリマー等から、形成することができる。

以上のようなスクリーン４０は、例えば、以下のようにして製造できる。先ず、第１基板４８上に、蒸着法などによって金属を成膜することで第１電極４１を形成する。また、第２基板４９上にも、蒸着法などによって第２電極４２を形成する。第２電極４２を形成した後、第２電極４２上に、スクリーン印刷などによって熱硬化性の絶縁性樹脂を塗布し、これを加熱することで電気絶縁層４５を形成する。電気絶縁層４５を形成した後、電気絶縁層４５の周縁部に、紫外線硬化性樹脂を用いて周壁部４１０を設ける。そして、周壁部４１０で囲まれた凹部内に第１液体４３および第２液体４４を充填したうえで、第１基板４８で周壁部４１０を覆う。その後に、周壁部４１０を紫外線で硬化することで、第１基板４８と第２基板４９との間に第１液体４３および第２液体４４を封止する。

図２Ａは、第２液体４４の接触角θが大きい状態を模式的に示す図である。図２Ｂは、第２液体の接触角θが小さい状態を模式的に示す図である。第１の実施形態によれば、第１電極４１および第２電極４２を通じて第１液体４３に交流電圧を印加することで、第２液体の接触角θは、図２Ａのように大きくなる状態と、図２Ｂのように小さくなる状態とを周期的に繰り返す。この状態変化は、交流電圧の周波数が速くなっても、応答性よく行うことができる。これにより、プロジェクタ２０の光源がコヒーレント光であっても、スクリーン４０上のスペックルはほとんど視認されなくなる。

（第１の変形例）
図３は、第１の実施形態の第１の変形例による表示装置１０を示す図である。図１の構成では、第１電極４１と電気絶縁層４５と周壁部４１０とで囲まれる領域内に第１液体４３と第２液体４４とを収納していた。これに対して、図３に示すように、第１の変形例では、面内の二次元方向に配置された複数の隔壁部４６によって区分された複数のセルの内部に、第１液体４３と第２液体４４とが収納されている。

図３に示すように、第１電極４１は、セルごとに分割された例えば帯状の個別電極である。一方、第２電極４２は、全セルにおいて共通の１つの共通電極である。電力源３０は、セルごとに個別に電極４１、４２間に接続されている。制御装置３５は、セルごとに独立して電力源３０を制御することが可能である。

第１の変形例のスクリーン４０は、例えば、以下のようにして製造できる。先ず、図１のスクリーン４０の製造方法と同様に、第１基板４８上への第１電極４１の形成と、第２基板４９上への第２電極４２および電気絶縁層４５の形成とを行う。ただし、第１電極４１の形成においては、第１電極４１を個別電極に応じた形状にパターニング形成する。第１電極４１の形成は、例えば、フォトリソグラフィによってパターニングされたレジスト膜をマスクとしたエッチングで行ってもよい。次に、フォトエッチング、ラミネート、インクジェット、ナノインプリント製法などによって、電気絶縁層４５上に隔壁部４６を積層形成する。隔壁部４６を形成した後、隔壁部４６で囲まれた凹部内に第２液体４４と第１液体４３とを充填する。その後、隔壁部４６に、接着層を介して第１基板４８を貼り合わせることで、第１液体４３および第２液体４４を各セル内に封入する。

第１の変形例の表示装置１０によれば、セルごとに独立して第１液体４３に電圧を印加できる。一対の第１電極４１と第２電極４２は、対応するセルに印加する電圧を変化させる。これにより、各セル内の第２液体４４の表面積をより迅速に変化させることができ、第１電極４１および第２電極４２間の交流電圧に対する応答性をさらに向上でき、スペックルもより目立たなくなる。

（第２の変形例）
図４は、第１の実施形態の第２の変形例による表示装置１０を示す図である。図１の構成では、対向する１つの第１電極４１と第２電極４２との間に交流電圧を印加していた。これに対して、第２の変形例では、第２電極４２が、例えば帯状にパターニングされた複数のパターン電極４２ａで構成されている。電力源３０の両端は、隣接するパターン電極４２ａにそれぞれ接続されている。これにより、第１液体４３には、図４の矢印に示すように、隣接するパターン電極４２ａ間の交流電圧が印加される。なお、図４の電極配置は、図１のように複数のセルに分かれていない場合と、図３のように複数のセルに分かれている場合とのいずれにも適用可能である。

第２の変形例の表示装置１０によれば、図１の表示装置１０と同様に、第１液体４３に交流電圧を印加できるので、電気絶縁層４５に対する第２液体４４の接触角を迅速に変化させてスペックルを効果的に低減できる。また、第２の変形例によれば、第１電極４１を省略することもできるので、スクリーン４０の層構成を簡易化でき、製造コストを削減することも可能である。

（第３の変形例）
図５は、第１の実施形態の第３の変形例による表示装置１０を示す図である。図５に示すように、第３の変形例では、複数のパターン電極４１ａで構成された第１電極４１と、複数のパターン電極４２ａで構成された第２電極４２が対向して配置されている。電力源３０の両端は、パターン電極４１ａと、このパターン電極４１ａに正対するパターン電極４２ａに隣接するパターン電極４２ａとの間に接続されている。これにより、第１電極４１と第２電極４２との間には、図５の矢印に示すように、交差するように交流電圧が印加される。なお、図５の電極配置は、図１のように複数のセルに分かれていない場合と、図３のように複数のセルに分かれている場合とのいずれにも適用可能である。

第３の変形例の表示装置１０によれば、図１の表示装置１０と同様に、第１液体４３に交流電圧を印加できるので、電気絶縁層４５に対する第２液体４４の接触角を迅速に変化させてスペックルを効果的に低減できる。

（第４の変形例）
図６は、第１の実施形態の第４の変形例による表示装置１０を示す図である。これまでは、エレクトロウェッティングを利用してスペックルを低減する例について説明した。これに対して、第４の変形例では、エレクトロウェッティングに加えて電気泳動を利用してスペックルを低減する。

具体的には、図６に示すように、第４の変形例において、第１液体４３および第２液体４４は、複数の粒子４００を含有している。各粒子４００は、帯電性を有する。なお、図６は、プラスに帯電した粒子４００を示している。各粒子４００は、マイナスに帯電していてもよい。また、各粒子４００のうち一部の粒子４００をプラスに帯電させ、他の粒子４００をマイナスに帯電させてもよい。また、各粒子４００は、それぞれが、プラスに帯電した第１部分とマイナスに帯電した第２部分とを備えていてもよい。

また、画像光を透過表示するため、各粒子４００は透明である。粒子４００は、さらに、光拡散性を有していてもよい。粒子４００は、例えば、ポリスチレンやアクリルなどの高分子材料で形成されていてもよい。

図６に示すように、第４の変形例によれば、粒子４００に交流電圧を印加することで、第２液体４４の接触角を変化させるだけでなく、第１液体４３および第２液体４４内において粒子４００を泳動させることができる。これにより、第１液体４３および第２液体４４の透過特性を図１の表示装置１０よりも更に大きく変化させることができるので、更に効果的にスペックルを低減できる。

（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態による表示装置１０を示す図である。第１の実施形態では、画像光を透過表示する表示装置１０の例について説明した。これに対して、第２の実施形態の表示装置１０は、画像光を反射表示する。すなわち、第２の実施形態では、第１基板４８および第１電極４１を透過した画像光が、第１液体４３および第２液体４４で拡散反射される。これにより、第１基板４８の外表面４０ａに対向する観察者は、画像を視認することが可能となる。

画像光を反射させる具体的な手法として、例えば、第１液体４３および第２液体４４の少なくとも一方の色を、顔料や染料によって白色等に調整してもよい。また、第１液体４３および第２液体４４の少なくとも一方に、光拡散性を有する粒子を含有させてもよい。粒子は、図６に示した粒子と同様であってもよい。

なお、図７に示すスクリーン４０は、図１のスクリーン４０と同様に、第１電極４１と電気絶縁層４５と周壁部４１０とで囲まれる１つの空間内に第１液体４３と第２液体４４とが収納されたものである。第２の実施形態は、図３乃至図６に示した第１実施形態の各変形例と組み合わせることも可能である。

第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、第１電極４１および第２電極４２を通じて第１液体４３に交流電圧を印加することで、電気絶縁層４５に対する第２液体４４の接触角θを迅速に変化させることができる。これにより、スペックルが効果的に低減された視認性が良好な反射方式の投影画像を表示できる。

本開示の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本開示の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本開示の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

２０ プロジェクタ、４０ スクリーン、４１ 第１電極、４２ 第２電極、４３ 第１液体、４４ 第２液体４４

Claims (10)

1. プロジェクタから光を照射されて画像を表示するスクリーンであって、
   それぞれが不混和の複数の液体と、
   前記複数の液体のうち一液体に印加する電圧に応じて、前記一液体に接する面に対する前記一液体の接触角を変化させる電極と、を備えるスクリーン。
2. プロジェクタから光を照射されて画像を表示するスクリーンであって、
   導電性または極性を有する第１液体と、
   前記第１液体に接するように配置され、前記第１液体とは不混和の第２液体と、
   前記第２液体に接するように配置される電気絶縁層と、
   前記第１液体を介して前記第２液体に印加する電圧に応じて、前記電気絶縁層上での前記第２液体の接触角を変化させる電極と、を備えるスクリーン。
3. 前記電極は、前記第１液体を介して前記第２液体に印加される交流電圧に応じて、前記電気絶縁層上での前記第２液体の表面積を周期的に変化させる、請求項２に記載のスクリーン。
4. 当該スクリーンの面内の二次元方向に配置され、それぞれが前記第１液体および前記第２液体を収納する複数の隔壁部を備える請求項２または３に記載のスクリーン。
5. 前記第１液体は、親水性液体であり、
   前記第２液体は、疎水性液体である請求項２乃至４のいずれか一項に記載のスクリーン。
6. 前記第１液体および前記第２液体は、比誘電率および光拡散特性の少なくとも一方が互いに異なる請求項２乃至５のいずれか一項に記載のスクリーン。
7. 前記第１液体および前記第２液体は単一色である請求項２乃至６のいずれか１項に記載のスクリーン。
8. 前記第１液体および前記第２液体は、前記プロジェクタから照射される光に対して透明である請求項２乃至７のいずれか１項に記載のスクリーン。
9. 前記第１液体および前記第２液体は、前記プロジェクタから照射される光を拡散させる請求項２乃至７のいずれか１項に記載のスクリーン。
10. コヒーレント光を照射するプロジェクタと、
    請求項１乃至９のいずれか１項に記載のスクリーンと、を備える表示装置。

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