JP5781216B2 - スクリーン、光学素子及び表示装置 - Google Patents

Description

本発明は表示装置等で用いられる、スクリーンの構造に関する。

プロジェクタ等の投射型表示装置は、光源から出射した光線をスクリーンに投射してスクリーン上に画像を表示する。しかし、映像を映し出すスクリーンの光拡散層で散乱した光線が視聴者等の鑑賞者側で干渉する。この干渉により、鑑賞者にはスクリーン全体がぎらついて見える。この光線の干渉に伴う輝度ムラはシンチレーションと呼ばれる。このシンチレーションが、画質を劣化させてしまうという問題点があった。

この問題を解決するため、特許文献１は、マイクロカプセルを支持シートの上に配置した光学素子を開示している。マイクロカプセルは、内部に光拡散粒子を含む分散液を有している。光拡散粒子がマイクロカプセルの中で移動することで、光の干渉を時間的に変化させて、シンチレーションを低減している。

国際公開公報ＷＯ０１／０７０７７７号

しかしながら、複数のマイクロカプセルをスクリーンに固定する際、マイクロカプセルの膜厚が厚いと、マイクロカプセル内部の粒子に光が照射される割合が少なくなる。これにより、表示領域内に輝度のムラが生じるという問題があった。一方で、マイクロカプセルの膜厚が薄いと、スクリーンに固定する際にマイクロカプセルが破壊しやすくなる。マイクロカプセルが破壊された場合も輝度のムラが生じるという問題もあった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、マイクロカプセルを固定したスクリーンにおいて表示領域内の輝度ムラを小さくすることを目的とする。

この発明に係るスクリーンは、カプセル膜の内部の領域である内包領域に内包液を有するマイクロカプセルと、前記マイクロカプセルが面状に配列されている基材とを備え、前記内包液は光を散乱する光拡散粒子と前記光拡散粒子を分散させる分散媒とを有し、前記マイクロカプセルが面状に配列されている前記基材の面に垂直な方向で投影された前記マイクロカプセルの断面における、前記マイクロカプセルの面積に対する前記内包領域の面積の割合が０．９０２５〜０．９９０の範囲内である。

この発明は、マイクロカプセルを固定したスクリーンにおいて輝度ムラを小さくすることができる。

実施の形態１に係るスクリーンの構成図である。 実施の形態１に係る透明基材上のマイクロカプセルの状態を示す模式図である。 実施の形態１に係るマイクロカプセルが透明基材上で乾燥後に均一に並んでいる状態を示す模式図である。 実施の形態１に係るマイクロカプセルの構造を示した模式図である。 実施の形態１に係るスクリーンの比率ｂ／ａと分散値Ｖとの関係を示した図である。 実施の形態１に係るスクリーンの比率ｂ／ａとカプセル膜の破壊しやすさＤとの関係を示した図である。 実施の形態１に係るスクリーンの分散値Ｖと画質の劣化度合いＱとの関係を示した図である。 実施の形態２に係る表示装置の構成を表した構成図である。 実施の形態２に係る表示装置の構成を表した構成図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１におけるスクリーン１の構成図である。スクリーン１は、２枚の透明基材２の間にマイクロカプセル１１が配置された構成となっている。マイクロカプセル１１は、カプセル膜１２の中に、分散媒１３と光拡散粒子１５とを有している。分散媒１３と光拡散粒子１５とを合わせて内包液１６とする。マイクロカプセル１１は、カプセル膜１２の内部に内包液１６を有する。内包液１６は、光を散乱する光拡散粒子１５と光拡散粒子１５を分散させる分散媒１３とを有する。半径aは、マイクロカプセル１１の半径である。半径ｂは、半径aからカプセル膜１２の厚みを差し引いた内包領域の半径である。本構成において、半径aと半径ｂとの比率が０．９５〜０．９９５の間とすることで、スクリーン１において表示領域内の輝度ムラを小さくできることを説明する。これを面積で表すと、半径ａの二乗と半径ｂの二乗との比率となるため、マイクロカプセル１１が面状に配列されている基材２の面に垂直な方向で投影されたマイクロカプセル１１の断面で、マイクロカプセル１１の面積に対する内包領域の面積の割合が０．９０２５〜０．９９０の範囲内となる。なお、「内包領域」とは、カプセル膜１２の内側の領域である。つまり、「内包領域」とは、内包液１６の存在する領域である。

また、ここでは簡単のため、スクリーン１の画像表示面に対してほぼ垂直な平行光が画像光として投射され、スクリーン１で透過した光を鑑賞者が映像として認識する事として説明する。なお、「画像光」とは、画像情報を有する光のことである。

スクリーン１の作製方法を説明する。図２は、透明基材２上のマイクロカプセル１１の状態を示す模式図である。図２（Ａ）は、マイクロカプセル１１を透明基材２に塗布した状態を示している。図２（Ｂ）は、マイクロカプセル１１と透明基材２とを乾燥した後の状態を示している。図２（Ａ）のようにマイクロカプセル１１を含んだインクを透明基材２の面上で均一に引き伸ばす。「インク」とは、バインダ材料にマイクロカプセル１１を混ぜたものである。なお、バインダ材料は図が複雑になるため、図２では省略している。透明基材２には、マイクロカプセル１１が面状に配列されている。

マイクロカプセルは、製造方法で分けて大きく２種類ある。第１は水系のマイクロカプセルで、第２は油系のマイクロカプセルである。水系のマイクロカプセルは、水系の分散媒の中で作製される。油系のマイクロカプセルは、油系の分散媒の中で作製される。

例えば、水系のマイクロカプセル１１を採用した場合には、カプセル膜１２は多くの水分を含む。また、バインダ材料も親水性のものを採用する。このため、インクは多くの水分を有する。図２（Ａ）の状態から水分を蒸発させて乾燥させると、図２（Ｂ）の状態になる。図２（Ｂ）の状態では、マイクロカプセル１１は重力で楕円体に変形している。このマイクロカプセル１１の変形は、マイクロカプセル１１を透明基材２の上に置いた際の重力によるものである。また、マイクロカプセル１１のカプセル膜１２の水分は蒸発する。そして、カプセル膜１２は収縮する。そして、マイクロカプセル１１はバインダによって透明基材２に固定される。さらにもう一枚の透明基材２を図２中上側から貼り合せることでスクリーン１が作成される。

マイクロカプセル１１を水系の分散媒の中で作製する例を説明する。この場合、マイクロカプセル１１の作製方法として、例えばコアセルベーション法、複合コアセルベーション法及び界面反応法などが挙げられる。水系の分散媒の中で作製されたマイクロカプセル１１のカプセル膜１２は水分を含んでおり、乾燥工程においてカプセル膜１２の水分は蒸発する。このため、乾燥工程においてカプセル膜１２は収縮する。また、マイクロカプセル１１の膜材料は、例えばゼラチンや、ゼラチンとアラビアゴムの重合体などである。このため、図２（Ｂ）に示すように乾燥工程においてマイクロカプセル１１は変形しやすい。

油系のマイクロカプセル１１の製造は、油系の分散媒の中で行われる。例えば、イソパラフィンといった油系の溶剤などを使用する。この場合には、カプセル膜１２の材料は、重合開始剤、温度又は紫外線等で硬化する樹脂等が使用される。油系のマイクロカプセル１１は、上述のような乾燥工程におけるカプセル膜１２の収縮は発生しない。厳密には、樹脂は硬化時に収縮することがあるが、水分の蒸発による収縮量に比べれば無視出来る程度である。

透明基材２の材料は、例えば透光性のよい樹脂やガラスを採用し得る。これにより、スクリーン１は良好な光透過性と透明性とを得ることができる。樹脂の材料としては、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレン又はアクリル等が挙げられる。

次に、透明機材２の面上に固定されたマイクロカプセル１１のカプセル膜１２の厚みによって光拡散粒子１５に照射される光の割合が変化して、スクリーン上で輝度ムラが発生することについて説明する。図３は、マイクロカプセル１１が透明基材２の面上で乾燥後に均一に並んでいる状態を示す模式図である。

図３に示すマイクロカプセル１１の配置は、１つのマイクロカプセル１１の周りに６個のマイクロカプセル１１が取り囲む配置である。６つのマイクロカプセル１１は、正六角形を形成している。図３に示すようにマイクロカプセル１１を配置することで、球状のマイクロカプセル１１は透明基材２の面上に隙間を最小にして配置される。

マイクロカプセル１１を分散させたインクは流動性を持つ。このため、マイクロカプセル１１は自然に図３に示すように配置される。水系のマイクロカプセル１１は、乾燥工程でカプセル膜１２の水分が蒸発する。しかし、マイクロカプセル１１の配置は、この乾燥工程では変わらない。このため、マイクロカプセル１１は図３に示す配置で固定される。なお、上述のように、マイクロカプセル１１は、重力による変形とカプセル膜１２の収縮による変形を受けながら乾燥される。このため、マイクロカプセル１１は、図３の破線１１０で示すような六角形に近い形状に変形する。

仮に、透明基材２の面上に、分散媒１３の中に均一に分散した光拡散粒子１５がムラなく存在した状態とすれば、スクリーン１上の輝度ムラは無視できる程度に小さくなる。逆に、透明基材２の面上に光拡散粒子１５が存在せず、光を拡散する構造が無ければ、画像光はスクリーン１で拡散されずに透過する。この場合には、鑑賞者は、画像光を映像として認識できず、鑑賞者は極端に明るい光を観察する。この状態は、鑑賞者がスクリーン１への投射光を直接観察している状態である。例えば、鑑賞者がフロントプロジェクタから、スクリーンに投射された光をさえぎるようにフロントプロジェクタを眺める状態と同じである。すなわち、スクリーン１上に光を拡散しない領域がある場合、鑑賞者は、光を拡散しない領域を極端に明るい領域と認識する。そして、鑑賞者は光を拡散しない領域を透過した画像光を映像として認識できない。

スクリーン１の面上において、マイクロカプセル１１の間に形成される隙間は、光拡散粒子１５が存在しない領域である。また、カプセル膜１２の部分は、光拡散粒子１５が存在しない領域である。これらの領域に照射された画像光は、光拡散粒子１５に当たることなく、スクリーン１を透過する。「これらの領域」とは、マイクロカプセル１１の間に形成される隙間及びカプセル膜１２の領域である。このため、これらの画像光は、ほとんど拡散されない状態で鑑賞者に届く。このため、鑑賞者は、マイクロカプセル１１の間に形成される隙間やカプセル膜１２の部分を極端に明るい領域として認識する。

一方、マイクロカプセル１１のカプセル膜１２の内部に投射された画像光は、光拡散粒子１５で拡散され、鑑賞者に届く。そして、鑑賞者は、拡散された画像光を映像として認識する。このように、スクリーン１の表示領域内に光を拡散しない領域と光拡散粒子１５で光を拡散する領域とが混在した場合には、鑑賞者はスクリーン１上の輝度ムラとして認識する。

マイクロカプセル１１の比率ｂ／ａと画面上の輝度のムラとの関係を説明する。半径aは、マイクロカプセル１１の外径に対する半径である。内包領域の半径ｂは、マイクロカプセル１１の半径aから膜厚を差し引いた半径である。「内包領域」とは、カプセル膜１２の内側の領域である。マイクロカプセル１１の半径aは、マイクロカプセル１１の外径の半分に対応する半径である。

図４は、マイクロカプセル１１の構造を示した模式図である。図４に示すように、マイクロカプセル１１の半径を半径ａとする。半径ａからカプセル膜１２の厚みを差し引いた半径を半径ｂとする。ここで、マイクロカプセル１１の半径ａと、半径ａからカプセル膜１２の厚みを差し引いた内包領域の半径ｂの比率を比率ｂ／ａとする。比率ｂ／ａは、マイクロカプセル１１の外径に対する内径の比率である。マイクロカプセル１１の内径とは、外形からカプセル膜１２の厚みを２倍した値を差し引いた値である。

さらに、図３に示すように、透明基材２の面上にマイクロカプセル１１が並んでいる状態において、単位面積当たりの光を拡散する領域の面積を有効面積比として算出する。つまり、有効面積比は、一定の範囲の面積を分母として、その範囲内で光を拡散する領域の面積を分子として求めた値である。この有効面積比は、光を拡散する領域と光を拡散しない領域との面積比と捉えることもできる。ここで、マイクロカプセル１１の内包領域を、光を拡散する領域とする。有効面積比は、図３に破線１１１で示した六角形の面積の中で計算する。有効面積比は、マイクロカプセル１１のカプセル膜１２を除いた面積を図３に破線１１１で示した六角形の面積で割って算出する。上述のように、マイクロカプセル１１は破線１１０のように六角形に変形する。有効面積比の導出では、カプセル膜１２の面積の値を用いているが、カプセル膜１２の面積の値は、円形として計算しても大きく変わらないため、ここでは、マイクロカプセル１１が円形を保っているとして計算する。マイクロカプセル１１のカプセル膜１２を除いた面積有効面積比は、次の式１で表される。

ここで、光拡散粒子１５で拡散した光が鑑賞者に届く場合と、拡散せずに直接鑑賞者に届く場合の輝度の割合を説明する。スクリーン１に投射される平行な光は、１［度］（０．０１７［ラジアン］）の広がりを持っていると仮定する。また、光拡散粒子１５で拡散した光は、スクリーン１を透過する方向に、全方向に同じ光強度で広がると仮定する。「全方向に同じ光強度で広がる」とは、半球状に同じ光強度で広がることである。拡散せずに直接観察者に届く光の輝度を１［カンデラ／平方メートル］（以下、カンデラ／平方メートルを「ｎｉｔ」と表す。）と仮定する。この場合、光拡散粒子１５で拡散した光が鑑賞者に届く輝度Ｌは、次の式２で表される。なお、円周率をπで表す。

式２による計算値は、３．１ｅ−５［ｎｉｔ］である。この値は、１［ｎｉｔ］に比べて十分小さい。つまり、拡散して届く光の輝度は、拡散せずに届く光の輝度に比べ十分小さい。

さらに、画面輝度のムラを推定するため、輝度の分散値Ｖを指標として説明する。一般的な標本分散の求め方から、輝度の分散値Ｖを以下の式３で評価する。なお、「ｅ」は、指数表記であり、例えば、１ｅ−１＝１×１０^-１である。
分散値Ｖ＝（有効面積比×３．１ｅ−５＋（１−有効面積比）×１−３．１ｅ−５）＾２×有効面積比＋（有効面積比×３．１ｅ−５＋（１−有効面積比）×１−１）＾２×（１−有効面積比）・・・（３）

式３で求めた分散値Ｖと画像の官能評価を行った。官能評価の方法では、分散値Ｖが０．１０〜０．１６までの範囲のスクリーンを用いた。レーザー光源を用いた投射型表示装置で画像光を各分散値Ｖのスクリーンに投射した。約４０人の鑑賞者が分散値Ｖの異なるスクリーンで画質の劣化度合いＱを１０段階に分けて評価した。１０段階の中での評価基準は、０は「気にならない」とした。評価値が大きくなるに従って輝度ムラの気になる度合いを大きくして、最大の９は「非常に気になる」とした。

図７は、分散値Ｖと画質の劣化度合いＱとの関係を示した図である。横軸は分散値Ｖである。縦軸は画質の劣化度合いＱである。グラフは、スクリーンの分散値に対する、鑑賞者の評価値の平均値を示している。つまり、分散値Ｖが０．１４５のスクリーンでは、鑑賞者の画質の劣化度合いＱの平均値は４．９であることを示している。この結果より、輝度ムラＶが０．１４５を超えると、輝度ムラによる鑑賞者の画質の劣化度合いＱの認識は、急激に大きくなることが分かる。

図５は、比率ｂ／ａと輝度の分散値Ｖとの関係を示した図である。横軸は、比率ｂ／ａである。半径aは、マイクロカプセル１１の半径である。半径ｂは、半径aからカプセル膜１２の厚みを差し引いた内包領域の半径である。縦軸は分散値Ｖである。

図５で、横軸の数値が大きくなるほど、スクリーン１上で光を拡散しない領域は減少する。図５より、カプセル膜１２が相対的に薄くなると、輝度の分散値Ｖは小さくなることが分かる。輝度の分散値Ｖは０．１５以下であれば鑑賞者に知覚されにくい事が試験結果より得られている。このことから、分散値Ｖは０．１４５以下であることが望ましい。比率ｂ／ａを０．９５以上とすることで、輝度は鑑賞者に知覚されにくくなる。好ましくは０．９７以上とすれば、分散値Ｖは０．１２５以下となり、さらに輝度のムラを抑えることができる。好ましくは０．９８以上とすれば、分散値Ｖは０．１０５以下となり、さらに輝度のムラを抑えることができる。また、さらに好ましくは０．９９以上とすれば、分散値Ｖは０．１０となり、さらに輝度のムラを抑えることができる。分散値Ｖが０．１２５の点は、分散値Ｖが０．１２５以下よりも分散値Ｖが０．１２５以上の方が画質の劣化度合いＱの増加度合いが大きくなっている。また、分散値Ｖが０．１０５の点は、分散値Ｖが０．１０５以下よりも分散値Ｖが０．１０５以上の方が画質の劣化度合いＱの増加度合いが大きくなっている。

以上の説明は、水系のマイクロカプセルを用いた場合について説明した。しかし、油系のマイクロカプセルの場合でも同様である。つまり、油系のマイクロカプセルでも柔軟なカプセル膜を用いた場合には、図３を用いて説明した水系のマイクロカプセルと同様に、油系のマイクロカプセルも六角形に近い形状に変形する。

ここで、有効面積比は、光を拡散する領域と光を拡散しない領域との面積比である。有効面積比は、半径ａと半径ｂとから算出される。このことから、光を拡散する領域と光を拡散しない領域とは、ある領域内で均一に存在していることが前提である。つまり、ある領域の一部に光を拡散しない領域が集中している場合は考慮していない。

次に、カプセル１２が破壊した場合のスクリーン１で発生する輝度ムラを説明する。カプセル１２が破壊すると、内包液１６がマイクロカプセル１１の外部に流れ出す。そして、分散媒１３は蒸発する。そして、破壊したマイクロカプセル１１の部分には、光拡散粒子１５が残る。また、破壊したマイクロカプセル１１の部分には、破壊されたカプセル膜１２が残る。

光拡散粒子１５は光を拡散する。また、光拡散粒子１５は光を反射する。カプセル膜１２も光を拡散する。また、光拡散粒子１５は光を反射する。光拡散粒子１５による光拡散の程度は、光拡散粒子１５と光拡散粒子１５の界面に存在する物体との屈折率差に依存する。

本来、光拡散粒子１５が分散媒１３に覆われている状態で、マイクロカプセル１１は所望の光拡散性能を有していた。しかし、分散媒１３が蒸発した場合には、光拡散粒子１５の周りにはバインダ材料又は空気が存在する。このため、光拡散粒子１５の界面における屈折率差が大きくなる。そして、光拡散粒子１５は光を強く拡散する。

また、本来、カプセル膜１２は球形である。しかし、カプセル膜１２が破壊された状態では、カプセル膜１２の破れた面の凹凸の形状及び破れた面のエッジの形状などの形状が生じる。これらの形状は、光を拡散しやすい構造である。このため、カプセル膜１２は、カプセル膜１２は光を強く拡散する。マイクロカプセル１１は基材２に配列する前は球形をしている。

これらの原因により、破壊されたマイクロカプセル１１の領域は、光の透過率が低下する。その領域において、スクリーン１上の輝度が小さくなる。その結果、スクリーン１の表示領域内で輝度のムラが発生する。

ここで、カプセル膜１２の厚みとマイクロカプセル膜１２の破壊しやすさＤとの関係について説明する。マイクロカプセル１１に内包された内包液１６は流体である。また、カプセル膜１２は高分子である。そして、カプセル膜１２は弾性体として考えられる。このため、マイクロカプセル１１は最も安定な形状を取ろうとする。

インクを透明基材２の面上で均一に塗布する際には、インクは液体なので、透明基材２を水平に置き、その上にインクと塗布する。このため、マイクロカプセル１１の重力方向は透明基材２の方向となる。前述のように内包液１６は流体である。このことから、透明基材２にマイクロカプセル１１が塗布された際には、マイクロカプセル１１は重力によって、球形状から、透明基材２の平面形状に沿って変形しようとする。仮にカプセル膜１２が無い状態を考える。すなわち、内包液１６の液滴を透明基材２に滴下したとする。この場合には、一般的に液滴は重力によって透明基材２の平面形状に沿って広がる。

このように、内包液１６が平面形状に広がろうとした際には、カプセル膜１２は内包液１６の変形を抑制する。つまり、カプセル膜１２は、内包液１６が広がらないようにする。ここで、カプセル膜１２は、球形状で内部が空洞の殻状の弾性体として考える。弾性率は、外力によって生じる応力を、変形によって生じるひずみ量で割った値である。

カプセル膜１２の弾性率が大きい場合には、内包液１６が平面形状に広がろうとしても、カプセル膜１２が変形しない。このため、マイクロカプセル１１は球形状から変化しない。一方、カプセル膜１２の弾性率が小さい場合には、内包液１６が平面形状に広がろうとすると、カプセル膜１２は大きく変形する。このため、マイクロカプセル１１は平面に近い形状に変化する。ここで、弾性率とは、変形のしにくさを表す物性値である。

マイクロカプセル１１は、インクの中に分散した状態では、球形の形状をとっている。インクの中に分散した状態とは、透明基材２に塗布される前の状態である。しかし、マイクロカプセル１１は、塗布後に重力で変形する。そして、マイクロカプセル１１は、楕円体に近い形状となる。最初、マイクロカプセル１１の中に内包液１６を充填して球形にしている。つまり、マイクロカプセル１１は、マイクロカプセル１１の中にマイクロカプセル１１の容積相当の内包液１６で満たして、カプセル膜１２にたわみが無い状態としている。この場合、マイクロカプセル１１が楕円体に近い形状となると、マイクロカプセル１１の表面積は大きくなる。なぜなら、球形は同じ体積でもっとも表面積の小さな形状であるからである。

また、実際は内包液１６だけでなく、球形のカプセル膜１２も重力で変形しようとする。しかし、現象を簡単にするために、内包液１６の重力による変形のみを考慮して説明する。すなわち、重力は一定であるため、マイクロカプセル１１が平面形状に広がろうとする力はカプセル膜１２の厚みによらず一定とする。

この現象は、フックの法則に置き換えて考えられる。フックの法則は、次の式４で示される。
弾性体の変形量＝弾性体に加わる力／弾性体のバネ定数・・・（４）

ここでは、弾性体の変形量をマイクロカプセル１１がどれだけ変形するかを示す量と考える。また、弾性体に加わる力を内包液１６が平面形状に広がろうとする力と考える。弾性体のバネ定数をカプセル膜１２の弾性と考える。

次に、カプセル膜１２の厚みとカプセル膜１２の弾性係数との関係について説明する。まず、引っ張りの力または圧縮の力が、ある物体に加わった場合を考える。物体に力が加わった際、物体に発生する応力は、物体の断面積に反比例する。また、物体に発生する変形量も、物体の断面積に反比例する。すなわち、引っ張りの力に対する物体のバネ定数は、物体の断面積に比例する。バネ定数は、弾性係数とも呼ばれる。ここでカプセル膜１２について考える。カプセル膜１２は、球体の殻のような形状であり、その断面積はカプセル膜１２の厚みに比例する。つまり、カプセル膜１２の厚みとカプセル膜１２の弾性係数とは比例する。

マイクロカプセル１１を含んだインクを透明基材２に塗布すると、マイクロカプセル１１の内包液１６は、重力により平面形状に変形しようとする。マイクロカプセル１１の変形する量は、カプセル膜１２の弾性係数に反比例する。つまり、マイクロカプセル１１の変形する量は、カプセル膜１２の厚みに反比例する。マイクロカプセル１１の変形する量はカプセル膜１２の伸び量ととらえることができる。つまり、カプセル膜１２の伸び量は、カプセル膜１２の厚みに反比例する。

さらに、カプセル膜１２の伸び量は、カプセル膜１２が変形した際の引っ張り応力に比例する。カプセル膜１２の応力が一定の値以上に達すると、カプセル膜１２は破壊する。このことから、マイクロカプセル１１が透明基材２に塗布された際の、重力によるマイクロカプセル膜１２の破壊しやすさＤは、カプセル膜１２の厚みに反比例する。

図６は、カプセル膜１２の厚みとカプセル膜１２に発生する応力との関係を表した図である。横軸は図５と同様に、比率ｂ／ａである。半径aは、マイクロカプセル１１の半径である。半径ｂは、半径aからカプセル膜１２の厚みを差し引いた内包領域の半径である。縦軸は、カプセル膜１２の破壊しやすさＤを示している。ここで、縦軸のカプセル膜１２の破壊しやすさＤは、カプセル膜１２の厚み（半径ａ−半径ｂ）に反比例することからａ−ｂの逆数の比で表し、比率ｂ／ａが０．９９９の場合を１とした。比率ｂ／ａの値は、カプセル膜１２の厚みが厚くなると、小さくなる。図６より、比率ｂ／ａが０.９９５より小さくなると、急峻にカプセル膜１２の破壊しやすさＤが小さくなる。つまり、比率ｂ／ａが０.９９５より小さくなると、カプセル膜１２は破壊されやすくなる。

この現象を抑制するため、比率ｂ／ａを０．９９５以下とすることでマイクロカプセル１１の破壊の発生を抑えることができる。好ましくは０．９９２５とすることでマイクロカプセル１１の破壊の発生を抑えることができる。さらに好ましくは０．９９１以下とすることでマイクロカプセル１１の破壊の発生を抑えることができる。

スクリーン１は、マイクロカプセル１１の半径ａに対するマイクロカプセル１１の半径ａからカプセル膜１２の厚みを差し引いた半径ｂの値の割合（ｂ／ａ）が０．９５〜０．９９５の範囲内である。これを面積で表すと、半径ａの二乗と半径ｂの二乗との比率となるため、マイクロカプセル１１が面状に配列されている基材２の面に垂直な方向で投影されたマイクロカプセル１１の断面で、マイクロカプセル１１の面積に対する内包領域の面積の割合が０．９０２５〜０．９９０の範囲内となる。

カプセル膜１２が破壊されると、光拡散粒子１５はマイクロカプセル１１の外部に流れ出てしまう。また、カプセル膜１２が破壊されると、内包液１６もマイクロカプセル１１の外部に流れ出てしまう。カプセル膜１２が破壊されると、画像光は、光拡散粒子１５により拡散する。また、カプセル膜１２が破壊されると、画像光は、カプセル膜１２によっても拡散する。つまり、スクリーン１を透過せずに反射する画像光が発生する。そのため、スクリーン１上に輝度のムラが発生する。それだけでなく、光拡散粒子１５は分散媒１３に分散した状態でなくなる。このため、光拡散粒子１５は自在に動くことができず、シンチレーションを低減する効果は得られなくなる。

さらに、乾燥時においても、カプセル膜１２の厚みが薄いとマイクロカプセル１１が破壊する可能性がある。乾燥時にカプセル膜１２から水分が蒸発する。そして、カプセル膜１２は収縮する。その際、前述のように、隣り合ったマイクロカプセル１１は、隙間を埋めながら六角形に近い形状に変形する。

マイクロカプセル１１は、マイクロカプセル１１の中に内包液１６を充填して球形になる。つまり、マイクロカプセル１１は、マイクロカプセル１１の中にマイクロカプセル１１の容積相当の内包液１６で満たして、カプセル膜１２にたわみが無い状態としている。この際、マイクロカプセル１１の内包液１６の体積は変化せず、同じ体積でもっとも表面積の小さな形状が球形である。つまり、マイクロカプセル１１の変形によりカプセル膜１２の表面積は大きくなる。そのため、カプセル膜１２に発生する応力が大きくなり、カプセル膜１２が破壊される可能性は高くなる。

以上、説明したように、カプセル膜１２は、次の２つの理由により破壊される可能性がある。第１の理由は、重力により球形から六角柱への形状変化により表面積が増加してカプセル膜１２に発生する応力が大きくなる。第２の理由は、乾燥時にカプセル膜１２が収縮することにより、カプセル膜１２に発生する応力が大きくなる。

以上、説明したように、比率ｂ／ａをある範囲に制御することで、スクリーン１の輝度ムラを抑えることができる。半径aは、マイクロカプセル１１の半径である。半径ｂは、半径aからカプセル膜１２の厚みを差し引いた内包領域の半径である。

以上、スクリーン１の画像表示面に対して垂直な平行光が画像光として投射され、スクリーン１で拡散し透過した光を鑑賞者が映像として認識する構成について述べた。ただし、スクリーン１に対して、角度を持った画像光が投射される場合においても同様な効果を得られる。角度を持った画像光とは、画像光が広がりながら投射される場合などである。又は、スクリーン１に対して、角度を持って入射する平行光である。

例えば、スクリーン１に対して画像光が広がりながら投射される場合を考える。スクリーン１の表示領域内に光が拡散しない領域があると、画像光の一部は、拡散されずスクリーン１を透過する。この場合には、鑑賞者、スクリーン１および光学系などの位置関係によっては、鑑賞者は輝度のムラを認識する。光学系とは、画像光を投射するプロジェクタなどである。また、マイクロカプセル１１が破壊した領域があった場合でも同様に、輝度のムラが発生する。

なお、マイクロカプセル１１は、直径が２０ｕｍ〜１５０ｕｍであれば製造が容易である。このことから、マイクロカプセル１１は、直径が２０ｕｍ〜１５０ｕｍであることが望ましい。マイクロカプセル１１は、直径が５０ｕｍ〜１２０ｕｍであればさらに製造が容易である。このことから、マイクロカプセル１１は、直径が５０ｕｍ〜１２０ｕｍであることがさらに望ましい。なお、「ｕｍ」は単位であるマイクロメートルの表記である。

また、作製したマイクロカプセル１１の直径を２０ｕｍ〜３００ｕｍの範囲で選別する。選別されたマイクロカプセル１１を使用することで、透明基材２の面上で隣接するマイクロカプセル１１の間の隙間を小さくすることができる。選別されたマイクロカプセル１１の間の隙間は、鑑賞者が認識できる輝度のムラを低減できるレベルである。

また、マイクロカプセル１１の選別は、好ましくは、２０ｕｍ〜２００ｕｍの範囲である。つまり、マイクロカプセルの直径は２０ｕｍ〜３００ｕｍの範囲である。マイクロカプセル１１の選別は、さらに好ましくは、４０ｕｍ〜１５０ｕｍの範囲である。このように狭い範囲でマイクロカプセル１１の選別がされれば、マイクロカプセル１１の間の隙間は、さらに小さくなる。狭い範囲の選別によって、鑑賞者が認識できる輝度のムラを低減できる。

なお、実施の形態において、基材を透明基材２として説明した。これは、基材が光を通すという意味である。つまり、基材が光を透過するという意味である。このため、透明度に関しては、使用目的に応じて選択できる。ここで、透明度とは光を透過する割合を示す。

実施の形態２．
実施の形態１では、マイクロカプセル１１を使用した映像投射用のスクリーンを説明した。実施の形態２では、マイクロカプセル１１を使用した表示装置３００，３１０について説明する。図８は、表示装置３００の構成を示す構成図である。

光源３０は、投射光３７ａを発する。光源３０から発せられた投射光３７ａは、照明光学系３１を透過して画像表示素子３２を照明する。画像表示素子３２は、例えば、デジタル・マイクロミラー・デバイス（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ、以下、ＤＭＤと呼ぶ。）である。

ＤＭＤは、集積回路上に可動式のマイクロミラーを形成している。各マイクロミラーは鏡面を傾斜させることができる。ミラーが「オン」のときは光源からの光を外部（例えば、スクリーン）に投射する、「オフ」のときは光を吸収体に反射し外部には投射されない。「ミラーがオン」とは、画像を表示するときのミラーの状態をいう。「オフのとき」とは、画像を表示しないときのミラーの状態をいう。従って、各ミラーを個別に駆動することにより、表示画素ごとに光の投射を制御することができる。つまり、ＤＭＤは、画像光を生成する。「画像光」とは、画像情報を有する光のことである。なお、図８では、構成図を簡略とするために、投射光３７aは、画像表示素子３２を透過して画像光３７ｂとなるように表している。投射光３７aと画像光３７ｂとをまとめて光３７と呼ぶ。

画像表示素子３２で生成された画像光３７ｂは、投射光学系３４を透過してスクリーン２５に投射される。表示装置３００では、画像表示素子３２の後段に微小光学素子３３を配置している。「後段」とは、光学的に後ろという意味である。ここでは、画像表示素子３２で画像光３７ｂが生成された後という意味である。

微小光学素子３３は、実施の形態１で説明したスクリーン１と同一の構成をしている。つまり、マイクロカプセル１１は、カプセル膜１２の内部に内包液１６を有する。基材１１は、マイクロカプセル１１が面状に配列されている。内包液１６は、光を散乱する光拡散粒子１５と光拡散粒子１５を分散させる分散媒１３とを有する。マイクロカプセル１１は基材２に配列する前は球形をしている。マイクロカプセル１１の半径ａに対するマイクロカプセル１１の半径ａからカプセル膜１２の厚みを差し引いた半径ｂの値の割合（ｂ／ａ）が０．９５〜０．９９５の範囲内である。これを面積で表すと、半径ａの二乗と半径ｂの二乗との比率となるため、マイクロカプセル１１が面状に配列されている基材２の面に垂直な方向で投影されたマイクロカプセル１１の断面で、マイクロカプセル１１の面積に対する内包領域の面積の割合が０．９０２５〜０．９９０の範囲内となる。有効面積比を単位面積当たりの光を拡散する領域の面積の比率として、分散値Ｖは、実施の形態１で示した式３で表される。式３は下記のとおりである。
分散値Ｖ＝（有効面積比×３．１ｅ−５＋（１−有効面積比）×１−３．１ｅ−５）＾２×有効面積比＋（有効面積比×３．１ｅ−５＋（１−有効面積比）×１−１）＾２×（１−有効面積比）
作製したマイクロカプセル１１の直径は、２０ｕｍ〜３００ｕｍの範囲で選別される。つまり、マイクロカプセルの直径は２０ｕｍ〜３００ｕｍの範囲である。画像光３７ｂが、微小光学素子３３を透過することで、映像のシンチレーションを軽減できる。

「シンチレーション」とは、投射された光がスクリーンを通り、鑑賞者の眼へと伝播する際に、鑑賞者の眼の網膜上で異なる光路を経由した光が干渉し、干渉縞が形成される現象である。シンチレーションが発生すると、鑑賞者にとって、映し出された映像はぎらついて見える。

画像表示素子３２の後段に微小光学素子３３を配置することで、シンチレーションが低減する理由は、画像表示素子３２とスクリーン２５とは光学的に共役な関係にあるからである。「光学的に共役」とは、１つの点から発した光が他の１つの点に結像する関係のことを言う。画像表示素子３２の後段近くで、微小光学素子３３により画像光３７ｂを拡散する。スクリーン３６と光学的に共役な関係にあるため、微小光学素子３３から出射する画像光３７ｂの発散角が大きいほど、スクリーン３６へ入射する光の集光角は大きくなる。スクリーン３６へ入射する光の集光角が大きいほど、スクリーン３６を出射する光も拡散されることとなる。このように、スクリーン３６へ入射する光の集光角が大きいほど、拡散性が高くなり、ぎらつき現象は緩和される。つまり、スクリーン３６を通った後の画像光３７ｂの干渉を低減できる。

この場合においても、マイクロカプセル１１の直径と、カプセル膜１２の関係を実施の形態１と同様とすることで、鑑賞者が認識できる輝度のムラを軽減できる。つまり、分散値Ｖは０．１５以下であることが望ましため、比率ｂ／ａは０．９５以上とすることが望ましい。好ましくは０．９８以上とすることが望ましい。また、さらに好ましくは０．９９以上とすることが望ましい。

また、比率ｂ／ａが０.９９５より小さくなると、カプセル膜１２は破壊されやすくなる。この現象を抑制するため、比率ｂ／ａを０．９９５以下とすることでマイクロカプセル１１の破壊の発生を抑えることができる。好ましくは０．９９２５とすることでマイクロカプセル１１の破壊の発生を抑えることができる。さらに好ましくは０．９９１以下とすることでマイクロカプセル１１の破壊の発生を抑えることができる。

マイクロカプセル１１は、直径が２０ｕｍ〜１５０ｕｍであれば製造が容易である。このことから、マイクロカプセル１１は、直径が２０ｕｍ〜１５０ｕｍであることが望ましい。マイクロカプセル１１は、直径が５０ｕｍ〜１２０ｕｍであればさらに製造が容易である。このことから、マイクロカプセル１１は、直径が５０ｕｍ〜１２０ｕｍであることがさらに望ましい。

なお、ここでは、画像表示素子３２で生成された画像光３７ｂが、微小光学素子３３を透過する構成とした。しかし、微小光学素子３３を透過した投射光２７ａが画像表示素子３２に照射される構成をとっても良い。また、実施の形態２では、画像表示素子３２は反射型を採用している。しかし、透過型の素子としても同様の効果が得られる。透過型の画像表示素子３２は、例えばエルコス（ＬＣＯＳ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）である。「エルコス」とは、プロジェクタ又はリアプロジェクションテレビに使われるマイクロプロジェクション技術又はマイクロディスプレイ技術である。よく似た反射型デバイス技術としてディーエルピー（ＤＬＰ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ：登録商標）プロジェクタがある。しかしディーエルピーとは違い、独立したミラーの代わりに液晶を使っている点が異なる。

画像表示素子３２の前後にそれぞれ１つの微小光学素子３３を配置すると、更にシンチレーションの低減効果が向上できる。微小光学素子３３を２つ使用することで、光の干渉の時間的な変化が増し、輝度ムラが平均化されることから、鑑賞者が認識できる輝度のムラも軽減できる事は明らかである。

また、加えて、表示装置３００に、実施の形態１で説明したスクリーン２５を使用することで、さらにシンチレーションを低減することができる。ただし、部品点数を減らし、コストの低減をする場合には、スクリーン２５は一般的なタイプのものを使用し、微小光学素子３３のみ使用しても良い。

スクリーン２５に映像を映し出す投射型の表示装置３００を説明した。本発明はこれに限らず、図９のようなスクリーン２５を用いない表示装置３１０に使用しても同様の効果を有する。図９は、表示装置３１０の構成を示す構成図である。図９は、画像表示素子３２の像を、虚像として鑑賞者３８が知覚するタイプの表示装置である。表示装置３１０は、例えば、ヘッドアップディスプレイが挙げられる。

表示装置３１０の光源３０、照明光学系３１、画像表示素子３２及び微小光学素子３３のそれぞれは、表示装置３００と同様である。投射光学系３５は、投射光学系３４と、実像としてスクリーン２５に映像を映しださず、虚像を映す光学系という点で異なっている。

この場合、鑑賞者３８は画像表示素子３２の虚像を見ることになる。つまり、画像表示素子３２から出射する画像光３７ｂの指向性が高い場合には、光線どうしが干渉して高い輝度となり、シンチレーションが発生する。微小光学素子３３が画像光３７ｂを拡散することにより、画像光３７ｂの干渉を低減できる。このため、画像表示素子３２で発生したシンチレーションを、低減することができる。

また、上述の各実施の形態においては、球形、楕円体、六角柱などの形状に関して示している。「球形」とは、マイクロカプセル１１の中をマイクロカプセル１１の容積相当の内包液１６で満たして、カプセル膜１２にたわみが無い状態としたときの形状を表している。「楕円体」とは、マイクロカプセル１１が変形した場合の最もイメージし易い形状例として示している。「六角柱」とは、マイクロカプセル１１の直径のばらつきやマイクロカプセル１１の配置のばらつきを考慮した範囲の形状であることを示している。また、「均一」とは、鑑賞者が輝度のムラを画像の劣化と認識しない程度に均一であるという意味で用いている。「平行光」とは、光学部品のばらつき等を考慮した範囲を含む平行光を示している。このため、請求の範囲に球形、楕円体、六角柱、均一及び平行光を記載した場合も上記の範囲内を考慮して解釈する。

なお、以上のように本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限るものではない。

１ スクリーン、 １１ マイクロカプセル、 １２ カプセル膜、 １３ 分散媒、 １５ 光拡散粒子、 １６ 内包液、 ２ 透明基材、 ３００，３１０ 表示装置、 ３０ 光源、 ３１ 照明光学系、 ３２ 画像表示素子、 ３３ 微小光学素子、 ３４，３５ 投射光学系、 ３６ スクリーン、 ３７ 光、３７ａ 投射光、 ３７ｂ 画像光、 ３８ 鑑賞者、 １１０，１１１ 破線、 ａ，ｂ 半径、 ｂ／ａ 比率、 Ｄ カプセル膜の破壊しやすさ、 Ｖ 分散値、 Ｑ 画質の劣化度合い。

Claims (7)

1. カプセル膜の内部の領域である内包領域に内包液を有するマイクロカプセルと、
   前記マイクロカプセルが面状に配列されている基材と
   を備え、
   前記内包液は光を散乱する光拡散粒子と前記光拡散粒子を分散させる分散媒とを有し、
   前記マイクロカプセルが面状に配列されている前記基材の面に垂直な方向で投影された前記マイクロカプセルの断面における、前記マイクロカプセルの面積に対する前記内包領域の面積の割合が０．９０２５〜０．９９０の範囲内であるスクリーン。
2. 有効面積比を単位面積当たりの光を拡散する領域の面積の比率として、
   分散値Ｖを
   分散値Ｖ＝
   （有効面積比×３．１×１０^−５＋（１−有効面積比）×１−３．１×１０^−５）^２×有効面積比
   ＋（有効面積比×３．１×１０^−５＋（１−有効面積比）×１−１）^２×（１−有効面積比）
   とする場合に、
   前記光を拡散する領域の面積を前記内包領域の前記面積として算出された前記分散値Ｖが０．１５以下である請求項１に記載のスクリーン。
3. 前記マイクロカプセルの直径が２０ｕｍ〜３００ｕｍの範囲内である請求項１または２に記載のスクリーン。
4. カプセル膜の内部の領域である内包領域に内包液を有するマイクロカプセルと、
   前記マイクロカプセルが面状に配列されている基材と
   を備え、
   前記内包液は光を散乱する光拡散粒子と前記光拡散粒子を分散させる分散媒とを有し、
   前記マイクロカプセルが面状に配列されている前記基材の面に垂直な方向で投影された前記マイクロカプセルの断面における、前記マイクロカプセルの面積に対する前記内包領域の面積の割合が０．９０２５〜０．９９０の範囲内である光学素子。
5. 有効面積比を単位面積当たりの光を拡散する領域の面積の比率として、
   分散値Ｖを
   分散値Ｖ＝
   （有効面積比×３．１×１０^−５＋（１−有効面積比）×１−３．１×１０^−５）^２×有効面積比
   ＋（有効面積比×３．１×１０^−５＋（１−有効面積比）×１−１）^２×（１−有効面積比）
   とする場合に、
   前記光を拡散する領域の面積を前記内包領域の前記面積として算出された前記分散値Ｖが０．１５以下である請求項４に記載の光学素子。
6. 前記マイクロカプセルの直径が２０ｕｍ〜３００ｕｍの範囲内である請求項４または５に記載の光学素子。
7. 請求項１から３のいずれか１項に記載のスクリーン又は請求項４から６のいずれか１項に記載の光学素子を有する表示装置。

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