JP2018066897A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スクリーン上のスペックルが視認されにくく、かつスクリーンに投影される画像の解像度を高くする。【解決手段】表示装置は、コヒーレント光を射出するプロジェクタと、プロジェクタから射出されたコヒーレント光を投射するスクリーンと、を備える。スクリーンは、第１部分及び第２部分を含んだ複数の粒子と、複数の粒子を有した粒子層と、粒子層に電圧を印加されることによって、粒子層の粒子を駆動するための電場を形成する電極と、を有する。プロジェクタは、プロジェクタにおけるコヒーレント光の発散点からスクリーンに至るまでの最短光路長と最長光路長との間の距離で、プロジェクタから射出されたコヒーレント光のビーム径が最小になるように、コヒーレント光を射出する。粒子層に印加される電圧に応じた複数の粒子の移動により、スクリーンに投射されたコヒーレント光の波面は時間変化する。【選択図】 図１

Description

本開示は、プロジェクタとスクリーンを備えた表示装置に関する。

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（特許文献１，２参照）。コヒーレント光として、典型的には、レーザー光源から発振されるレーザー光が用いられる。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。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、スクリーン上に相関の無い散乱パターンが重畳され、スペックルを低減することができる。

国際公開２０１２／０３３１７４パンフレット 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、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。特許文献２では、スクリーンの拡散特性を経時的に変化させることにより、通常のプロジェクタを用いながら、スペックル低減を実現することができる。また、ラスタースキャン型のプロジェクタのように、引用文献１の手法を採用できないプロジェクタとの組み合わせにおいて、スペックルを低減できる点において非常に有用と言える。

しかしながら、特許文献２に開示されたスクリーンでは、耐久性が十分でなく且つ大型化が困難であるといった問題がある。この結果、スペックル低減機能を有したスクリーンとして広く普及するに至っていない。

また、コヒーレント光源は、ＬＥＤなどのその他の光源と比べて直進性が高く、ビーム径も小さいが、プロジェクタとスクリーンとの距離が離れるほど、ビーム径が大きくなり、解像度が低下してぼやけた表示になる。特許文献１と２には、コヒーレント光のビーム径が距離に応じて大きくなることについての対策は何ら開示されていない。

本開示は、スクリーン上のスペックルを視認されにくくし、かつスクリーンに投影される画像の解像度を高くすることができる表示装置を提供するものである。

上記の課題を解決するために、本開示では、コヒーレント光を射出するプロジェクタと、
前記プロジェクタから射出されたコヒーレント光を投射するスクリーンと、を備え、
前記スクリーンは、
第１部分及び第２部分を含んだ複数の粒子と、
前記複数の粒子を有した粒子層と、
前記粒子層に電圧を印加されることによって、前記粒子層の前記粒子を駆動するための電場を形成する電極と、を有し、
前記プロジェクタは、前記プロジェクタにおけるコヒーレント光の発散点から前記スクリーンに至るまでの最短光路長と最長光路長との間の距離で、前記プロジェクタから射出されたコヒーレント光のビーム径が最小になるように、前記コヒーレント光を射出し、
前記粒子層に印加される電圧に応じた前記複数の粒子の移動により、前記スクリーンに投射されたコヒーレント光の波面は時間変化する、表示装置が提供される。

前記プロジェクタは、
コヒーレント光を射出する光源と、
前記プロジェクタにおけるコヒーレント光の発散点から前記スクリーンに至るまでの最短光路長と最長光路長との間の距離で、前記プロジェクタから射出されたコヒーレント光のビーム径が最小になるように、前記光源から射出されたコヒーレント光の発散角度を抑制する発散角度抑制部材と、を有してもよい。

前記プロジェクタにおけるコヒーレント光の発散点から前記スクリーンに至るまでの最短光路長と最長光路長との間の距離で、前記プロジェクタから射出されたコヒーレント光のビーム径が最小になるように、前記プロジェクタと前記スクリーンとの少なくとも一方の位置を調整してもよい。

前記プロジェクタから射出される前記コヒーレント光の光軸中心方向は、前記スクリーン上の特定の位置の法線方向であってもよい。

前記プロジェクタから射出される前記コヒーレント光の光軸中心方向は、前記スクリーン上の任意の位置の法線方向から傾斜した方向であってもよい。

前記プロジェクタは、
コヒーレント光を二次元方向に走査させる走査デバイスを有し、
前記走査デバイスで走査されたコヒーレント光が前記スクリーンに投射されてもよい。

前記スクリーンは、平面または曲面であってもよい。

本開示によれば、スクリーン上のスペックルが視認されにくくし、かつスクリーンに投影される画像の解像度を高くすることができる。

本開示の一実施形態による表示装置を示す図。 プロジェクタがラスタースキャン方式にてスクリーン上にコヒーレント光を投射する例を示す図。 プロジェクタ内の反射ミラーで反射されたコヒーレント光の光路を模式的に示す図。 プロジェクタから射出されるコヒーレント光の光軸中心方向がスクリーン上の特定の位置の法線方向である例を示す図。 プロジェクタから射出されるコヒーレント光の光軸中心方向がスクリーン上の任意の位置の法線方向から傾斜した方向である例を示す図。 スクリーンの断面構造を示す断面図。 粒子の拡大図。 一対の電極に印加される電圧波形を示す図。 図６とは異なる構造の粒子を用いたスクリーンの断面図。 図６および図９とは異なる構造の粒子を用いたスクリーンの断面図。 図６、図９および図１０とは異なる構造の粒子を用いたスクリーンの断面図。 図１１に示す粒子を９０度反転させたスクリーンの断面図。 第１電極と第２電極がストライプ状に配置されたスクリーンの断面図。

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、本件明細書に添付する図面においては、図示と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、実物のそれらから変更し誇張してある。

図１は本開示の一実施形態による表示装置１０を示す図である。図１の表示装置１０は、コヒーレント光を射出するプロジェクタ２０と、プロジェクタ２０から射出されたコヒーレント光を投射するスクリーン４０とを備えている。スクリーン４０は、後述するように、出射光の拡散波面を経時的に変化させることができ、これにより、スペックルを目立たなくすることができる。

この他、図１の表示装置１０は、駆動回路３０をさらに備えている。駆動回路３０は、スクリーン４０に対して交流電圧を印加する。

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の光路を調整する走査デバイス２２とを有する。コヒーレント光源２１は、典型例として、レーザー光を発振するレーザー光源２１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２１を有していてもよい。走査デバイス２２は、少なくとも一軸方向に回転自在の反射ミラー２３を有する。コヒーレント光源２１から射出したコヒーレント光は、反射ミラー２３に入射されて反射される。反射ミラー２３を回転させることで、反射ミラー２３で反射されたコヒーレント光をスクリーン４０上で走査させることができる。

図２はプロジェクタ２０が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例を示す図である。プロジェクタ２０内の反射ミラー２３を二次元方向に回転させることで、反射ミラー２３で反射されたコヒーレント光をスクリーン４０上の全域で走査させることができる。また、反射ミラー２３の回転速度を高速化させることで、スクリーン４０上のコヒーレント光のスキャン速度を高速化できる。反射ミラー２３は、決められた角度範囲で周期的に回転させてもよいし、スクリーン４０上の特定の位置のみにコヒーレント光が照射されるように、不連続な角度範囲で回転させてもよい。あるいは、反射ミラー２３を決められた角度範囲で周期的に回転させつつ、コヒーレント光源２１からコヒーレント光を射出するタイミングを調整することで、スクリーン４０上の特定の位置のみにコヒーレント光が照射されるようにしてもよい。プロジェクタ２０は、駆動回路３０がスクリーン４０に交流電圧を印加するタイミングに同期して、コヒーレント光の射出タイミングと反射ミラー２３の回転を制御する。

スクリーン４０は、第１部分および第２部分を含んだ複数の粒子と、複数の粒子を有する粒子層と、粒子層に電圧を印加することにより粒子層の粒子を駆動するための電場を形成する電極とを有する。スクリーン４０の詳細説明は後述する。

本実施形態によるプロジェクタ２０は、プロジェクタ２０におけるコヒーレント光の発散点２０ａからスクリーン４０に至るまでの最短光路長Ｌ１と最長光路長Ｌ２との間の距離で、プロジェクタ２０から射出されたコヒーレント光のビーム径が最小になるように、コヒーレント光を射出する。図１では、プロジェクタ２０から射出されたコヒーレント光のビーム径が最小になる距離上の位置をＰ１としている。

ここで、コヒーレント光の発散点２０ａとは、プロジェクタ２０の出射口であり、より詳細には、コヒーレント光が拡散し始める位置である。コヒーレント光の発散点２０ａは、反射ミラー２３上であってもよいし、プロジェクタ２０内の反射ミラー２３よりも光軸後方側に何らかの光学系がある場合には、この光学系の出射位置であってもよい。

図３はプロジェクタ２０内の反射ミラー２３で反射されたコヒーレント光の光路を模式的に示す図である。図３では、説明のために、コヒーレント光のビーム径を意図的に大きく図示している。実際の表示装置１０内の各構成部品および各光路の縮尺比は図３とは異なっている。

図３のプロジェクタ２０は、その内部に、コヒーレント光源２１から射出されたコヒーレント光の発散角度を小さくする光学系（発散角度抑制部材）２４を有する。この光学系２４を通過したコヒーレント光は反射ミラー２３に入射されて反射される。コヒーレント光源２１から射出されたコヒーレント光は、小さいとはいえ、有限のビーム径を有するため、光学系２４を介して反射ミラー２３で反射されたコヒーレント光も、有限のビーム径を有する。反射ミラー２３での反射光は、徐々に収束し、スクリーン４０に到達する前の位置Ｐ１で最小のビーム径になる。この位置Ｐ１を通過したコヒーレント光は、再び徐々にビーム径が大きくなりながら進行して、最終的にはスクリーン４０に投射される。

図４および図５は、プロジェクタ２０とスクリーン４０との位置関係を示す斜視図である。図４は、プロジェクタ２０から射出されるコヒーレント光の光軸中心方向がスクリーン４０上の特定の位置の法線方向である例を示している。図５は、プロジェクタ２０から射出されるコヒーレント光の光軸中心方向がスクリーン４０上の任意の位置の法線方向から傾斜した方向である例を示している。

本実施形態は、図４と図５のいずれにも適用可能である。図４の場合、プロジェクタ２０におけるコヒーレント光の発散点２０ａからスクリーン４０の拡散面に垂直に入射される光路長が最短光路長Ｌ１になる。また、図４の場合、プロジェクタ２０におけるコヒーレント光の発散点２０ａからスクリーン４０の四隅に至るまでの距離のうち最大の距離が最長光路長Ｌ２となる。図５の場合、プロジェクタ２０におけるコヒーレント光の発散点２０ａからスクリーン４０に至るまでの光路のうち、最短距離となる光路が最短光路長Ｌ１であり、最長距離となる光路が最長光路長Ｌ２である。

本実施形態では、プロジェクタ２０におけるコヒーレント光の発散点２０ａからスクリーン４０に至るまでの間の位置Ｐ１で、コヒーレント光のビーム径が最小になるため、スクリーン４０上のビーム径は、位置Ｐ１よりは大きくなるが、位置Ｐ１をスクリーン４０にできるだけ近づけることができれば、スクリーン４０上のビーム径は最小ビーム径に近づく。よって、スクリーン４０に投影される画像の解像感が向上し、ぼけを抑制できる。

プロジェクタ２０が図３に示すような光学系２４を内蔵している場合、例えば光学系２４の位置を光軸方向にずらすことにより、上述した位置Ｐ１をスクリーン４０に近づけるような調整を行うことができる。あるいは、プロジェクタ２０とスクリーン４０の少なくとも一方の位置を変更することができる場合は、その位置の変更を行うことで、上述した位置Ｐ１をできるだけスクリーン４０に近づけてもよい。

仮に、プロジェクタ２０から射出されたコヒーレント光のビーム径が最小になる位置Ｐ１がスクリーン４０よりも遠方であったとすると、スクリーン４０上でのコヒーレント光のビーム径は、最小値よりも確実に大きくなり、しかも位置Ｐ１がスクリーン４０から離れるほど、スクリーン４０上でのコヒーレント光のビーム径が大きくなり、スクリーン４０に投影される画像のぼけ具合が大きくなる。

次に、スクリーン４０について説明する。図６はスクリーン４０の断面構造を示す断面図である。一実施形態によるスクリーン４０は、複数の粒子を有した粒子シート５０と、駆動回路３０と接続された電極４１，４２と、を有する。粒子シート５０の一方の主面上に、第１電極４１が面状に広がっており、粒子シート５０の他方の主面上に、第２電極４２が面状に広がっている。また、スクリーン４０は、図１に示すように、第１電極４１を覆ってスクリーン４０の一方の最表面を形成する第１カバー層４６と、第２電極４２を覆ってスクリーン４０の他方の最表面を形成する第２カバー層４７と、を有する。

図１のスクリーン４０は、反射型のスクリーン４０を構成している。プロジェクタ２０は、第１カバー層４６によって形成される表示側面４０ａに、画像光を照射する。画像光は、スクリーン４０の第１カバー層４６及び第１電極４１を透過し、その後、粒子シート５０において拡散反射する。この結果、スクリーン４０の表示側面４０ａに対面して位置する観察者は、画像を観察することが可能となる。

画像光が透過する第１電極４１及び第１カバー層４６は、透明となっている。第１電極４１及び第１カバー層４６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。

第１電極４１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。一方、第１カバー層４６は、第１電極４１及び粒子シート５０を保護するための層である。この第１カバー層４６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。

第２電極４２は、第１電極４１と同様に構成することができる。また、第２カバー層４７は、第１カバー層４６と同様に構成することができる。ただし、第２電極４２は、透明である必要がない。したがって、第２電極４２は、例えば、アルミニウムや銅等の金属薄膜によって形成され得る。金属膜からなる第２電極４２は、反射型のスクリーン４０において、画像光を反射する反射層としても機能することができる。第２カバー層４７は、第１カバー層４６と同様に構成することができる。

次に、粒子シート５０について説明する。図６に示すように、粒子シート５０は、一対の基材５１，５２と、一対の基材５１，５２間に設けられた粒子層５５と、を有する。第１基材５１は、第１電極４１を支持し、第２基材５２は、第２電極４２を支持する。粒子層５５は、第１基材５１及び第２基材５２の間に封止されている。第１基材５１及び第２基材５２は、粒子層５５を封止することができ且つ電極４１，４２及び粒子層５５の支持体として機能し得る強度を有した材料、例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂フィルムから構成され得る。なお、図示された実施形態において、スクリーン４０は、反射型のスクリーン４０として構成され、画像光が、第１基材５１を透過する。したがって、第１基材５１は、透明となっており、第１電極４１及び第１カバー層４６と同様の可視光透過率を有することが好ましい。

次に、粒子層５５について説明する。図６によく示されているように、粒子層５５は、多数の粒子６０と、粒子６０を保持する保持部５６と、を有する。保持部５６は、粒子６０を動作可能に保持している。図示された例において、保持部５６は、多数のキャビティ５６ａを有しており、各キャビティ５６ａ内に粒子６０が収容されている。各キャビティ５６ａの内寸法は、当該キャビティ５６ａ内の粒子６０の外寸法よりも大きくなっている。したがって、粒子６０は、キャビティ５６ａ内で動作可能となっている。保持部５６は、溶媒５７によって膨潤している。キャビティ５６ａ内において、保持部５６と粒子６０との間は溶媒５７で満たされている。溶媒５７によって膨潤した保持部５６によれば、粒子６０の円滑な動作を安定して確保することができる。以下、保持部５６、溶媒５７及び粒子６０について、順に説明する。

まず、保持部５６及び溶媒５７について説明する。溶媒５７は、粒子６０の動作を円滑とするために用いられる。溶媒５７は、保持部５６が膨潤することによって、キャビティ５６ａ内に保持されるようになる。溶媒５７は、粒子６０が電場に対応して動作することを阻害しないよう、低極性であることが好ましい。低極性の溶媒５７として、粒子６０の動作を円滑化させる種々の材料を用いることができる。溶媒５７の一例として、ジメチルシリコーンオイル、イソパラフィン系溶媒、および直鎖パラフィン系溶媒、ドデカン、トリデカン等の直鎖アルカンを例示することができる。

次に、保持部５６は、一例として、エラストマー材料からなるエラストマーシートを用いて構成され得る。エラストマーシートとしての保持部５６は、前述の溶媒５７を膨潤することが可能である。エラストマーシートの材料としては、シリコーン樹脂、（微架橋した）アクリル樹脂、（微架橋した）スチレン樹脂、およびポリオレフィン樹脂等を例示することができる。

図示された例において、保持部５６内において、キャビティ５６ａは、スクリーン４０の面方向に高密度で分布している。また、キャビティ５６ａは、スクリーン４０の法線方向ｎｄにも分布している。図示された例では、面状に広がったキャビティ５６ａの群が、スクリーン４０の厚み方向に三層並んでいる。

次に、粒子６０について説明する。粒子６０は、プロジェクタ２０から投射される画像光の進行方向を変化させる機能を有する。図示された例において、粒子６０は、画像光を拡散させる、とりわけ拡散反射させる機能を有する。

粒子６０は、比誘電率が異なる第１部分６１及び第２部分６２を含んでいる。したがって、この粒子６０が電場内に置かれると、当該粒子６０内に電子双極子モーメントが発生する。このとき、粒子６０は、その双極子モーメントのベクトルが電場のベクトルと真逆を向く位置へ向けて動作するようになる。したがって、第１電極４１及び第２電極４２の間に電圧が印加され、第１電極４１及び第２電極４２の間に位置する粒子シート５０に電場が発生すると、粒子６０は、電場に対して安定した姿勢、すなわち電場に対して安定した位置および向きをとるよう、キャビティ５６ａ内で動作する。このスクリーン４０は、光拡散機能を有した粒子６０の動作にともなって、その拡散波面を変化させる。

比誘電率が異なる第１部分６１及び第２部分６２を含む粒子６０は、公知技術を含む様々な方法で製造できる。例えば、有機物または無機物の球状粒子を粘着テープなどを用いて単層に配列させ、球状粒子と異なる正負に帯電する樹脂成分の層または無機物層を半球面に蒸着する方法（蒸着法、例えば特開昭５６−６７８８７）、回転ディスクを用いる方法（例えば、特開平６−２２６８７５号公報）、比誘電率が異なる２種類の液滴をスプレー法やインクジェット法を用いて空気中で接触させて１つの液滴にする方法（例えば、特開２００３−１４０２０４号公報）、及びＪＰ２００４−１９７０８３Ａで提案されているマイクロチャンネル製造方法を用いて製造することができる。

図７は粒子６０の拡大図である。粒子６０は、球形状であり、第１部分６１及び第２部分６２は、それぞれ、半球状となっている。粒子６０の第１部分６１は、第１主部６６ａ及び第１主部６６ａ内に分散した第１拡散成分６６ｂを有する。同様に、第２部分６２は、第２主部６７ａと第２主部６７ａ内に分散した第２拡散成分６７ｂを有する。したがって、球状粒子６０は、第１部分６１の内部を進む光および第２部分６２の内部を進む光に対して、拡散機能を発現することができる。ここで拡散成分６６ｂ，６７ｂとは、粒子６０内を進む光に対し、反射や屈折、散乱等によって、当該光の進路方向を変化させる作用を及ぼし得る成分のことである。このような拡散成分６６ｂ，６７ｂの光拡散機能（光散乱機能）は、例えば、粒子６０の主部６６ａ，６７ａをなす材料とは異なる屈折率を有した材料から拡散成分６６ｂ，６７ｂを構成することにより、あるいは、光に対して反射作用を及ぼし得る材料から拡散成分６６ｂ，６７ｂを構成することにより、付与され得る。主部６６ａ，６７ａをなす材料とは異なる屈折率を有する拡散成分６６ｂ，６７ｂとして、樹脂ビーズ、ガラスビーズ、金属化合物、気体を含有した多孔質物質、さらには、単なる気泡が例示される。

図示された例において、粒子６０は、単一色となっている。すなわち、第１部分６１および第２部分６２は、同一色となっている。第１部分６１及び第２部分６２の色は、第１部分６１及び第２部分６２に、顔料や染料等の色材を添加することにより、調整され得る。顔料や染料は、種々の公知の顔料や染料等を用いることができる。

粒子６０に対して用いる単一色とは、スクリーン４０で画像の表示を行っていない状態において、粒子６０が粒子シート５０内で動作したとしても、スクリーン４０の表示側面４０ａを観察する観察者が、通常の観察力でスクリーン４０の色の変化を認識できない程度に一様な色を有していることを意味する。すなわち、粒子６０の第１部分６１がスクリーン４０の表示側面４０ａに向いている状態でのスクリーン４０の表示側面４０ａと、粒子６０の第２部分６２がスクリーン４０の表示側面４０ａに向いている状態でのスクリーン４０の表示側面４０ａが、当該スクリーン４０で画像の表示を行っていない状態において、観察者の通常の注意力での観察において、同一の色として認識される場合、粒子６０が単一色であると言える。

なお、粒子層５５、粒子シート５０及びスクリーン４０は、一例として次のようにして作製することができる。

粒子層５５は、公知の製造方法により製造することができる。すなわち、まず、粒子６０を重合性シリコーンゴムに分散させたインキを作製する。次に、このインキをコーターなどで延伸し、更に、加熱等で重合させ、シート化する。以上の手順により、粒子６０を保持した保持部５６が得られる。次に、保持部５６を、シリコーンオイルなどの溶媒５７に一定期間浸漬する。保持部５６が膨潤することで、シリコーンゴムからなる保持部５６と粒子６０との間に、溶媒５７で満たされた隙間が形成される。この結果、溶媒５７及び粒子６０を収容したキャビティ５６ａが、画成される。以上のようにして、粒子層５５を製造することができる。

次に、ＪＰ２０１１−１１２７９２Ａに開示された製造方法により、粒子層５５を用いてスクリーン４０を作製することができる。まず、一対の基材５１，５２によって粒子層５５を覆い、ラミネート又は接着剤等を用いて粒子層５５を封止する。これにより、粒子シート５０が作製される。次に、粒子シート５０上に第１電極４１及び第２電極４２を設け、更に、第１カバー層４６及び第２カバー層４７を積層することで、スクリーン４０が得られる。

次に、この表示装置１０を用いて画像を表示する際の作用について説明する。

まず、制御装置３５からの制御によって、プロジェクタ２０のコヒーレント光源２１がコヒーレント光を発振する。プロジェクタ２０からの光は、図示しない走査装置によって光路を調整され、スクリーン４０に照射される。図２に示すように、図示しない走査装置は、スクリーン４０の表示側面４０ａ上を光が走査するよう、当該光の光路を調整する。
ただし、コヒーレント光源２１によるコヒーレント光の射出は、制御装置３５によって制御される。制御装置３５は、スクリーン４０上に表示したい画像に対応して、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。プロジェクタ２０に含まれる走査装置の動作は、人間の目で分解不可能な程度にまで高速となっている。したがって、観察者は、時間を隔てて照射されるスクリーン４０上の各位置に照射された光を、同時に観察することになる。

スクリーン４０上に投射された光は、第１カバー層４６及び第１電極４１を透過して、粒子シート５０に到達する。この光は、粒子シート５０の粒子６０で拡散反射し、スクリーン４０の観察者側となる種々の方向へ向けて射出する。したがって、スクリーン４０の観察者側となる各位置において、スクリーン４０上の各位置からの反射光を観察することができる。この結果、スクリーン４０上のコヒーレント光を照射されている領域に対応した画像を観察することができる。

また、コヒーレント光源２１が、互いに異なる波長域のコヒーレント光を射出する複数の光源２１を含むようにしてもよい。この場合、制御装置３５は、各波長域の光に対応した光源２１を、他の光源２１から独立して制御する。この結果、スクリーン４０上にカラー画像を表示することが可能となる。

ところで、コヒーレント光を用いてスクリーン４０上に画像を形成する場合、斑点模様のスペックルが観察されるようになる。スペックルの一原因は、レーザー光に代表されるコヒーレント光が、スクリーン４０上で拡散した後に、光センサ面上（人間の場合は網膜上）に干渉パターンを生じさせるためと考えられる。とりわけ、ラスタースキャンによってスクリーン４０にコヒーレント光を照射する場合、スクリーン４０上の各位置には一定の入射方向からコヒーレント光が入射する。したがって、ラスタースキャンを採用した場合、スクリーン４０の各点で発生するスペックル波面はスクリーン４０が搖動しない限り不動となり、スペックルパターンが画像とともに観察者に視認されると、表示画像の画質を著しく劣化させることになる。

一方、本実施形態における表示装置１０のスクリーン４０は、拡散波面を経時的に変化させるようになっている。スクリーン４０での拡散波面が変化すれば、スクリーン４０上でのスペックルパターンが経時的に変化するようになる。そして、拡散波面の経時的な変化を十分に高速にすると、スペックルパターンが重ねられて平均化され、観察者に観察されるようになる。これにより、スペックルを目立たなくさせることができる。

図示されたスクリーン４０は、一対の電極４１，４２を有する。この一対の電極４１，４２は駆動回路３０に電気的に接続している。駆動回路３０は、一対の電極４１，４２に電圧を印加することができる。一対の電極４１，４２間に電圧が印加されると、一対の電極４１，４２間に位置する粒子シート５０に電場が形成される。粒子シート５０の粒子層５５には、比誘電率の異なる複数の部分６１，６２を有した粒子６０が、動作可能に保持されている。この粒子６０は、そもそも帯電していることから、或いは、少なくとも粒子層５５に電場が形成されると双極子モーメントが発生することから、形成された電場のベクトルに応じて、動作する。光の進行方向を変化させる機能、例えば反射機能や拡散機能を有した粒子６０が動作すると、スクリーン４０の拡散特性が経時的に変化することになる。
この結果、スペックルを目立たなくさせることができる。図７の符号「Ｌａ」は、プロジェクタ２０からスクリーン４０へ照射された画像光であり、符号「Ｌｂ」は、スクリーン４０で拡散された画像光である。

なお、粒子６０の第１部分６１及び第２部分６２の間で比誘電率が異なるとは、スペックル低減機能を発現し得る程度に比誘電率が異なっていれば十分である。したがって、粒子６０の第１部分６１及び第２部分６２の間で比誘電率が異なるか否かは、動作可能に保持された粒子６０が、電場ベクトルの変化にともなって動作し得るか否かにより、判定することができる。

ここで、粒子６０が保持部５６に対して動作する原理は、粒子６０の電荷または双極子モーメントが電場ベクトルに対して安定的な位置関係となるよう、粒子６０の向き及び位置を変化させる、というものである。したがって、粒子層５５に一定の電場が印加され続けると、粒子６０の動作は一定期間後には停止する。その一方で、スペックルを目立たなくするには、粒子６０の保持部５６に対する動作が継続する必要がある。そこで、駆動回路３０は、粒子層５５に形成される電場が経時的に変化するよう、電圧を印加する。図示された例において、駆動回路３０は、粒子シート５０内に生成される電場のベクトルを反転させるよう、一対の電極４１，４２間に電圧を印加する。例えば、図８に示された例では、駆動回路３０からスクリーン４０の一対の電極４１，４２に、Ｘ〔Ｖ〕の電圧と−Ｙ〔Ｖ〕の電圧とを繰り返す交流電圧が印加される。

なお、粒子６０は、保持部５６に形成されたキャビティ５６ａ内に収容されている。キャビティ５６ａは、略球状の内形を有する。したがって、粒子６０は、図７の紙面に直交する方向に延びる回転軸線ｒａを中心として、回転振動することができる。ただし、粒子６０を収容するキャビティ５６ａの大きさに依存して、粒子６０は、繰り返し回転運動だけでなく、並進運動も行うようになる。さらに、キャビティ５６ａには、溶媒５７が充填されている。溶媒５７は、粒子６０の保持部５６に対する動作を円滑にする。

粒子６０は、図６に示すような、ほぼ半球状の第１部分６１と第２部分６２を含む構造に限定されない。以下では、粒子６０の第１変形例〜第３変形例を順に説明する。

（粒子６０の第１変形例）
図９は図６とは異なる構造の粒子６０を用いたスクリーン４０の断面図である。図９に示す第１変形例による粒子６０は、互いに体積が異なる第１部分６１と第２部分６２とを有する。図９は、第１部分６１の体積が第２部分６２の体積よりも大きい例を示している。図９の場合、第２部分６２は、球体または楕円球体に近い形状であり、第２部分６２の表面、すなわち第１部分６１との界面は、凸面になっている。なお、粒子６０は、必ずしも理想的な球体とは限らないし、第２部分６２も理想的な球体または楕円体から少し歪んだ形状となることもありうる。

第１部分６１は、透明部材である。第１部分６１の具体的な材料としては、例えばシリコーンオイルや透明な樹脂部材である。第１部分６１は、理想的には、図９に示すように、観察者側に配置される。第１部分６１に入射された光は、そのまま第１部分６１を通過して、第２部分６２に到達する。第２部分６２は、第１部分６１とは比誘電率が異なっており、また、光の散乱または反射機能を有する。さらに、第２部分６２は、第１部分６１とは異なる屈折率で構成されている。また、第２部分６２の内部には、光を拡散させる拡散成分６２ｃが含まれていてもよい。これら拡散成分６２ｃは、粒子６０内を進む光に対して、反射や屈折等によって、光の進路方向を変化させる作用を行う。

このように、第１部分６１と第２部分６２は光学特性が異なっており、さらに、第２部分６２の表面は凸面形状である。これにより、第１部分６１から第２部分６２に到達した光は、第２部分６２の表面の凸面形状に応じた方向に散乱または反射される。よって、プロジェクタ２０からの投射光が第２部分６２で散乱または反射されてスクリーン４０に映し出される。

第２部分６２の表面が凸面形状で有るため、第１部分６１を通過して第２部分６２の表面に到達した光は、凸面の曲率に応じた方向に散乱または反射される。凸面に入射された光は、凹面に入射された光よりも光の拡散範囲が広くなる。よって、本実施形態のように、第１部分６１よりも第２部分６２の体積が小さくて、第２部分６２の表面が凸面になる場合には、各粒子６０に入射された光の拡散範囲を広げることができる。

第１および第２電極４１，４２に電圧を印加していない状態では、粒子層５５内の各粒子６０は、種々の方向を向いていることがありうる。この場合、第１および第２電極間に所定の初期電圧を印加することで、図９に示すように、各粒子６０の第１部分６１が観察者側を向くように整列させることが可能となる。あるいは、第１部分６１と第２部分６２の比重を調整することで、図９のような向きに各粒子６０を整列させることも可能である。

図９の状態で、第１および第２電極４１，４２間に電圧が印加されると、第１および第２電極４１，４２間に電場が発生し、この電場により、粒子６０内に電子双極子モーメントが発生する。このとき、粒子６０は、その双極子モーメントのベクトルが電場のベクトルと真逆を向く位置へ向けて動作するようになる。したがって、第１電極４１及び第２電極４２の間に電圧が印加され、第１電極４１及び第２電極４２の間に位置する粒子シート５０に電場が発生すると、粒子６０は、電場に対して安定した姿勢、すなわち電場に対して安定した位置や向きをとるようキャビティ５６ａ内で動作する。図９の状態では、粒子６０内の第２部分６２は、粒子層５５の面方向に対向配置されているが、第１電極４１および第２電極４２間の電圧を変化させることで、粒子６０の姿勢が変化し、これにより、粒子層５５の面方向に対する第２部分６２の表面方向が変化する。第２部分６２は、第１部分６１に入射された光を散乱または反射させる機能を有するため、第２部分６２の表面方向が変化することで、第２部分６２の表面に入射される光の入射角度が変化し、第２部分６２での光の散乱または反射方向も変化する。これにより、スクリーン４０の拡散特性を変化させることができる。

（粒子６０の第２変形例）
図１０は図６および図９とは異なる構造の粒子６０を用いたスクリーン４０の断面図である。図１０に示す第２変形例による粒子６０は、第１部分６１と、第１部分６１よりも体積が大きい第２部分６２とを有する。第１部分６１と第２部分６２の材料は、第２の実施形態と同様であり、第１部分６１は透明部材であり、第２部分６２は光の散乱または反射機能を有する。

第１部分６１と第２部分６２との界面は、第１部分６１から見ると凸面であり、第２部分６２から見ると凹面である。第１部分６１から第２部分６２に入射された光は、収束する方向に進行する。これにより、本実施形態による粒子６０を有するスクリーン４０は、狭い範囲に光を拡散させることができる。したがって、スクリーン４０の正面側の特定の位置にいる観察者に集中的に拡散光を集めることができ、この観察者から見ると、高コントラストでスクリーン４０を視認できることになる。

上述した図６、図９および図１０では、反射型のスクリーン４０について説明したが、透過型のスクリーン４０にも適用可能である。透過型のスクリーン４０の場合、プロジェクタ２０からの光が粒子６０を通過する必要がある。このため、例えば、第２部分６２の体積を第１部分６１に対してより小さくすることで、第１部分６１を通過して第２部分６２に入射される光の割合を減らしてもよい。あるいは、第２部分６２がある粒子６０と第２部分６２がない粒子６０を混在させてもよい。透過型のスクリーン４０の場合、粒子層５５の全体での光の透過率が反射率よりも高くなるように、各粒子６０の第１部分６１と第２部分６２との体積比を調整するのが望ましい。

（粒子６０の第３変形例）
図１１は図６、図９および図１０とは異なる構造の粒子６０を用いたスクリーン４０の断面図である。図１１に示す第３変形例による粒子６０は、第１部分６１、第３部分６３および第２部分６２がこの順に並んだ３層構造であり、第１部分６１が観察者側に配置されている。第３部分６３は、第１部分６１に面接触しており、第１部分６１からの入射光を制御する。第２部分６２は、第３部分６３の第１部分６１に面接触する第１面６３ａとは反対側の第２面６３ｂに面接触しており、第１部分６１とは比誘電率が異なっている。このように、第３部分６３は、第１部分６１と第２部分６２によって挟まれており、第３部分６３は第１部分６１と第２部分６２に面接触している。

第１部分６１と第２部分６２は透明部材である。第３部分６３は、第１部分６１に入射された光を散乱または反射させる機能を有する。第３部分６３は、第１部分６１とは異なる屈折率で構成されている。また、第３部分６３の内部には、光を拡散させる拡散成分６３ｃが含まれていてもよい。これら拡散成分６３ｃは、粒子６０内を進む光に対して、反射や屈折等によって、光の進路方向を変化させる作用を行う。このような拡散成分６３ｃの光拡散機能（光散乱機能）は、例えば、粒子６０の主部をなす材料とは異なる屈折率を有した材料から拡散成分６３ｃを構成することにより、あるいは、光に対して反射作用を及ぼし得る材料から拡散成分６３ｃを構成することにより、付与され得る。第３部分６３の母材とは異なる屈折率を有する拡散成分６３ｃとして、樹脂ビーズ、ガラスビーズ、金属化合物、気体を含有した多孔質物質、さらには、単なる気泡が例示される。

粒子６０は、典型的には球形であり、その中心付近を通過する薄い層が第３部分６３であり、第３部分６３の両面（第１面６３ａと第２面６３ｂ）側に第１部分６１と第２部分６２が面接触している。なお、粒子６０の形状は、理想的な球体であるとは限らない。よって、第１部分６１、第３部分６３および第２部分６２の形状も、粒子６０の形状に応じて変化する。

粒子６０の第３部分６３の第１面６３ａと第２面６３ｂとの間の厚さは、第１部分６１の第１面６３ａの法線方向における最大厚さよりも薄い。第３部分６３の第１面６３ａと第２面６３ｂとの間の厚さは、第３部分６３の第２面６３ｂの法線方向における最大厚さよりも薄い。第１面６３ａと第２面６３ｂは、例えば円形または楕円形であり、第３部分６３は、例えば円板、楕円板、円筒体、または楕円筒体の形状である。

第１および第２電極４１，４２に電圧を印加していない初期状態では、第３部分６３の面方向は、粒子層５５の面方向に略平行に配置されている。なお、初期状態で、第３部分６３の面方向を粒子層５５の面方向に略平行に配置するには、例えば、粒子６０の第１部分６１、第２部分６２および第３部分６３の比重を調整することで、実現可能である。あるいは、初期状態のときに第１および第２電極４１，４２に所定の初期電圧を印加して、粒子層５５内の各粒子６０の第３部分６３の面方向が粒子層５５の面方向に略平行になるようにしてもよい。

第１および第２電極４１，４２間に電圧が印加されると、第１および第２電極４１，４２間に電場が発生し、この電場により、粒子６０内に電子双極子モーメントが発生する。
このとき、粒子６０は、その双極子モーメントのベクトルが電場のベクトルと真逆を向く位置へ向けて動作するようになる。したがって、第１電極４１及び第２電極４２の間に電圧が印加され、第１電極４１及び第２電極４２の間に位置する粒子シート５０に電場が発生すると、粒子６０は、電場に対して安定した姿勢、すなわち電場に対して安定した位置や向きをとるよう、キャビティ５６ａ内で動作する。第１電極４１および第２電極４２間の電圧を変化させることで、粒子６０の姿勢が変化し、これにより、粒子層５５の面方向に対する第３部分６３の面方向の角度が変化する。第３部分６３は、第１部分６１に入射された光を散乱または反射させる機能を有するため、第３部分６３の角度が変化することで、スクリーン４０の拡散特性を変化させることができる。

図１１に示す粒子を図１２のように９０度回転させて配置することで、透過型スクリーン４０として用いることもできる。図１２のように粒子６０を回転させるには、粒子層５５の内部に、図１１とは９０度異なる方向に電場をかければよい。例えば、観察者とは反対側のみに第１電極４１と第２電極４２を交互にストライプ状に配置し、これら電極４１，４２にて粒子層５５の面方向への電場、すなわち図１１とは９０度異なる方向の電場を形成する。より具体的には、本実施形態では、隣接する第１電極４１および第２電極４２間に交流電圧を印加することで、粒子層５５の面方向に形成される電場を周期的に切り替える。これにより、対応する第１電極４１および第２電極４２間の近傍に位置する粒子６０は、交流電圧の周波数に応じて回転する。

上述した各スクリーン４０では、第１電極４１及び第２電極４２が面状に形成され、粒子層５５を挟むように配置される例を示したが、この例に限られない。第１電極４１及び第２電極４２の一以上がストライプ状に形成されるようにしてもよい。例えば、図１３の例では、第１電極４１及び第２電極４２の両方がストライプ状に形成されている。すなわち、第１電極４１は、線状に延びる複数の線状電極部４１ａを有し、複数の線状電極部４１ａは、その長手方向に直交する方向に配列されている。第２電極４２も、第１電極４１と同様に、線状に延びる複数の線状電極部４２ａを有し、複数の線状電極部４２ａは、その長手方向に直交する方向に配列されている。図１３に示された例において、第１電極４１をなす複数の線状電極部４１ａおよび第２電極４２をなす複数の線状電極部４２ａは、ともに、粒子シート５０の観察者とは反対側の面上に配置されている。そして、第１電極４１をなす複数の線状電極部４１ａおよび第２電極４２をなす複数の線状電極部４２ａは、同一の配列方向に沿って交互に配列されている。図１３に示された第１電極４１及び第２電極４２によっても、駆動回路３０から電圧を印加されることにより、粒子シート５０の粒子層５５に電場を形成することができる。

上述した各スクリーン４０は、粒子層５５内の粒子６０を電極に印加した交流電圧に応じて回転させることで、スペックルが視認されないようにしている。これに対して、粒子層５５内の粒子６０を電極に印加した交流電圧に応じて移動させることで、スペックルが視認されないようにしてもよい。

また、上述したスクリーン４０は、必要に応じて、フレネルレンズ層や光拡散層、光吸収層、レンズアレイ、ブラックマトリクス、光吸収材料を使用したルーバー層等の各種の光制御層を積層してもよい。

このように、本実施形態では、プロジェクタ２０におけるコヒーレント光の発散点２０ａからスクリーン４０に至るまでの最短光路長Ｌ１と最長光路長Ｌ２との間の距離で、プロジェクタ２０から射出されたコヒーレント光のビーム径が最小になるように、コヒーレント光を射出する。これにより、スクリーン４０上に投射されたコヒーレント光のビーム径を小さくでき、スクリーン４０に投影される画像の解像度が高くなり、ボケを防止できる。

本実施形態では、粒子層に印加される電圧に応じた複数の粒子の移動により、スクリーン４０に投射されるコヒーレント光の波面が時間変化するため、スクリーン４０に投射される画像のスペックルが視認されにくくなる。

本発明の態様は、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、本発明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発明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。

１０ 表示装置、２０ プロジェクタ、２１ コヒーレント光源、４０ スクリーン、４０ａ 表示側面、４１ 第１電極、４２ 第２電極、４６ 第１カバー層、４７ 第２カバー層、５０ 粒子シート、５１，５２ 基材、５５ 粒子層、５６ 保持部、６０ 粒子、６１ 第１部分、６２ 第２部分、６６ｂ、６７ｂ 拡散成分

Claims (7)

1. コヒーレント光を射出するプロジェクタと、
   前記プロジェクタから射出されたコヒーレント光を投射するスクリーンと、を備え、
   前記スクリーンは、
   第１部分及び第２部分を含んだ複数の粒子と、
   前記複数の粒子を有した粒子層と、
   前記粒子層に電圧を印加されることによって、前記粒子層の前記粒子を駆動するための電場を形成する電極と、を有し、
   前記プロジェクタは、前記プロジェクタにおけるコヒーレント光の発散点から前記スクリーンに至るまでの最短光路長と最長光路長との間の距離で、前記プロジェクタから射出されたコヒーレント光のビーム径が最小になるように、前記コヒーレント光を射出し、
   前記粒子層に印加される電圧に応じた前記複数の粒子の移動により、前記スクリーンに投射されたコヒーレント光の波面は時間変化する、表示装置。
2. 前記プロジェクタは、
   コヒーレント光を射出する光源と、
   前記プロジェクタにおけるコヒーレント光の発散点から前記スクリーンに至るまでの最短光路長と最長光路長との間の距離で、前記プロジェクタから射出されたコヒーレント光のビーム径が最小になるように、前記光源から射出されたコヒーレント光の発散角度を抑制する発散角度抑制部材と、を有する、請求項１に記載の表示装置。
3. 前記プロジェクタにおけるコヒーレント光の発散点から前記スクリーンに至るまでの最短光路長と最長光路長との間の距離で、前記プロジェクタから射出されたコヒーレント光のビーム径が最小になるように、前記プロジェクタと前記スクリーンとの少なくとも一方の位置を調整する、請求項１または２に記載の表示装置。
4. 前記プロジェクタから射出される前記コヒーレント光の光軸中心方向は、前記スクリーン上の特定の位置の法線方向である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の表示装置。
5. 前記プロジェクタから射出される前記コヒーレント光の光軸中心方向は、前記スクリーン上の任意の位置の法線方向から傾斜した方向である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の表示装置。
6. 前記プロジェクタは、
   コヒーレント光を二次元方向に走査させる走査デバイスを有し、
   前記走査デバイスで走査されたコヒーレント光が前記スクリーンに投射される、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の表示装置。
7. 前記スクリーンは、平面または曲面である、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の表示装置。

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