JP6210263B2 - 光学シート、スクリーン、及び表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学シート、光学シートを用いた画像を表示するスクリーン、及びこのスクリーンを有する表示装置に関する。

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ー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。プロジェクター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。

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。スクリーンで発生するスペックルを効果的に低減させるには、スクリーンの拡散特性を維持したまま、拡散波面を時間変化させることが有効である。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。

本発明は、以上の点を考慮してなされたものであって、従来とは異なる手法により、スペックルを十分に低減することができる光学シート、スクリーン、及び表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の一実施形態にかかる光学シートは、
所定の厚みを有する透明な保持部と、
前記保持部に形成されたキャビティ内に収容され比誘電率の異なる第１部分と第２部分を含む粒子と、
を有する粒子層を備え、
前記第１部分は、透明な第１主部と、光を拡散する第１拡散成分を含み、
前記第２部分は、透明な第２主部と、光を拡散する第２拡散成分を含み、
前記第１拡散成分及び前記第２拡散成分の直径ｄは、以下の条件式（１）を満足する。
０．１μｍ ＜ ｄ ＜ １５μｍ （１）

また、本発明の一実施形態にかかる光学シートは、
前記粒子の体積に対する前記第１拡散成分及び前記第２拡散成分の体積の和が占める割合を示す体積分率Ｖｉは、以下の条件式（２）を満足する。
Ｖｉ ≧ ３％ （２）

また、本発明の一実施形態にかかる光学シートは、
前記第１拡散成分及び前記第２拡散成分と前記第１主部及び前記第２主部との屈折率差Δｎは、以下の条件式（３）を満足する。
｜Δｎ｜ ≦ ０．２ （３）

また、本発明の一実施形態にかかるスクリーンは、
前記光学シートと、
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、
を備える。

また、本発明の一実施形態にかかるスクリーンでは、
前記電極は、光を拡散反射する機能を有する。

また、本発明の一実施形態にかかる表示装置は、
前記スクリーンと、
前記スクリーンにコヒーレント光を照射するプロジェクターと、
を備える。

また、本発明の一実施形態にかかる表示装置は、
前記スクリーンの前記電極に電圧を印加する電力源と、
前記電力源から前記電極に印加される印加電圧を制御する制御装置と、
をさらに備え、
前記制御装置は、前記粒子層で前記粒子を動作させるよう、前記電力源の印加電圧を制御する。

また、本発明の一実施形態にかかる表示装置は、
前記制御装置は、１８０°未満の角度範囲内で前記粒子を繰り返し回転させるよう、前記電力源の印加電圧を制御する。

また、本発明の一実施形態にかかる表示装置は、
前記制御装置は、前記スクリーンの法線方向に沿って観察者側から前記第１部分が前記第２部分の少なくとも一部を覆うよう、前記電力源の印加電圧により、前記粒子の向き及び位置の少なくとも一方を制御する。

本発明の一実施形態にかかる光学シート、光学シートを用いた画像を表示するスクリーン、及びこのスクリーンを有する表示装置によれば、スペックルを低減することが可能となる。

本実施形態の表示装置を示す。 本実施形態の表示装置のスクリーンへ光を照射する方法を示す。 本実施形態の表示装置のスクリーンの断面の一部を示す。 本実施形態のスクリーンの粒子層の粒子の動作を示す。 シミュレーションのモデルを示す。 シミュレーションの散乱光の定義を示す。 シミュレーションでの体積分率に対する散乱の結果を示す。 シミュレーションでの屈折率差に対する散乱の結果を示す。 スクリーンへ印加される電圧の一例を示す。 他の実施形態のスクリーンの断面の一部を示す。 第１部分と第２部分の色を異ならせた例の粒子を示す。 第１部分と第２部分の体積比率を異ならせた例の粒子を示す。 複数の線状電極部を有するスクリーンの例を示す。 他の実施形態の透過型のスクリーンの断面の一部を示す。 本実施形態の透過型のスクリーンを用いた表示装置の一例を示す。 フレネルレンズの他の例を示す。 視野角拡大部の第２例を示す。 視野角拡大部の第３例を示す。 拡散部の他の例を示す。 粒子におけるキャビティの考え方を示す。

以下、図面を参照にして本発明にかかるスクリーン及び表示装置について説明する。

図１は、本実施形態の表示装置１０を示す。

本実施形態の透過型の表示装置１０は、プロジェクター２０と、プロジェクター２０から画像光を照射されるスクリーン４０と、スクリーン４０のプロジェクター２０側に配置されるレンチキュラーレンズ７０と、レンチキュラーレンズ７０のプロジェクター２０側に配置されるフレネルレンズ８０と、図示しないブラックストライプと、を有する。なお、レンチキュラーレンズ７０は、スクリーン４０の第２面４０ｂ側に配置してもよい。また、レンチキュラーレンズ７０の代わりに、マイクロレンズアレイを用いてもよい。この場合、ブラックストライプに代えて、ブラックマトリックス又はピンホールアレイを用いる。

スクリーン４０は、後述するように、入射光に対して及ぼす拡散特性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。このようなスクリーン４０の機能に関連し、表示装置１０は、電力源３０及び制御装置３５を有する。電力源３０は、スクリーン４０に対して電圧を印加する。制御装置３５は、電力源３０からの印加電圧を調整して、スクリーン４０の状態を制御する。また、制御装置３５は、プロジェクター２０の動作を制御してもよい。一例として、制御装置３５は、汎用コンピューターとすることができる。

プロジェクター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、プロジェクター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、を有する。コヒーレント光源２１は、一例として、レーザー光を発振するレーザー光源から構成される。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。透過型のスクリーン４０の場合、観察者Ｅは、コヒーレント光源２１のある第１面４０ａとは反対の第２面４０ｂ側からスクリーン４０を透過した画像を観察することができる。プロジェクター２０は、制御装置３５とは別の図示しない制御装置を内部に設け、その内部の制御部分によって制御されるように構成してもよい。

図２は、本実施形態の表示装置のスクリーンへ光を照射する方法を示す。

図示された例において、プロジェクター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。図２に示すように、プロジェクター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。プロジェクター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。プロジェクター２０の動作は、制御装置３５によって制御される。

図３は、本実施形態の表示装置のスクリーンの断面の一部を示す。

まず、スクリーン４０について説明する。図３に示す例において、スクリーン４０は、複数の粒子を有した光学シート５０と、電力源３０と接続された電極４１，４２と、を有する。光学シート５０の一方の主面上に、第１電極４１が面状に広がっており、光学シート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、図３に示すスクリーン４０は、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。

画像光が透過する第１電極４１及び第１カバー層４６、並びに、第２電極４２及び第２カバー層４７は、透明であって、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から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及び光学シート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アクリル樹脂、メタクリル樹脂、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。

光学シート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を支持しており、第２基材５２は、第２電極４２を支持している。粒子層５５は、第１基材５１と第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、第１電極４１、第２電極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等から構成される。なお、図３に示す例において、画像光は、スクリーン４０の第１基材５１を透過する。したがって、第１基材５１は透明であって、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。特に、第２基材５２も第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。

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３に示すように、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、液体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との間は液体５７で満たされている。液体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。

液体５７は、粒子６０の動作を円滑にするために用いられる。液体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。液体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。低極性の液体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。液体５７には、一例として、ジメチルシリコーンオイル、イソパラフィン系液体、及び直鎖アルカン等を用いることができる。

保持部５６には、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等を用いることができる。エラストマーシートとしての保持部５６は、液体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、一例として、シリコーン樹脂、（微架橋した）アクリル樹脂、（微架橋した）スチレン樹脂及びポリオレフィン樹脂等を用いることができる。

粒子６０は、図１に示したプロジェクター２０から投射される画像光の進行方向を変化させる機能、例えば、画像光を拡散、反射又は屈折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を含む。したがって、この粒子６０が電場内に置かれると、粒子６０内に電気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の間に位置する光学シート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及び向きとなるようにキャビティ５６ａ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。

例えば、制御装置３５は、電力源３０の印加電圧を制御することによって、粒子６０を１８０°未満の角度範囲内で繰り返し回転させることができる。したがって、第１部分６１及び第２部分６２のうちの少なくとも一方を選択して、観察者側に位置させることが可能となる。

さらに、制御装置３５は、スクリーン４０の法線方向に沿って観察者側から粒子６０の第１部分６１が第２部分６２の少なくとも一部を覆うよう、電力源３０の印加電圧により、粒子６０の向き及び位置の少なくとも一方を制御することができる。したがって、第１部分６１と第２部分６２が厳密に同一色でない場合においても、粒子６０を動作させながら画像を表示している間、スクリーン４０の色味が変化することを効果的に感知されにくくすることが可能となる。

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、有機物又は無機物の球状粒子を、粘着テープ等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又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号公報参照）、回転ディスクを用いる方法（例えば、特開平６−２２６８７５号公報参照）、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号公報参照）、及びマイクロチャンネル方法（例えば、特開２００４−１９７０８３号公報参照）等、を用いる。

特開２００４−１９７０８３号公報に提案されているように、比誘電率が互いに異なる第１部分６１及び第２部分６２は、帯電特性の互いに異なる材料を用いて形成することができる。一般にマイクロチャンネル方法では、互いに油性／水性（Ｏ／Ｗ型）又は水性／油性（Ｗ／Ｏ型）の関係にある連続相と粒子化相とを用いる。そして、連続相が移送される第１マイクロチャンネルから、第２マイクロチャンネルに流れる流動媒体の粒子化相内に、二種類の帯電特性の互いに異なる材料を含む連続相を、順次吐出することにより、二相ポリマー粒子６０で、且つ、電荷的に（±）の極性を有する双極性粒子６０を製造する。

本実施形態のマイクロチャンネル方法においては、まず、重合性樹脂成分を含有する油性又は水性の流動性媒体中に、この媒体に対して不溶性の重合性樹脂成分を分相して連続相を形成する。連続相中の重合性樹脂成分は、互いに異なる正負に帯電する重合性モノマーで形成する。次に、重合性モノマーを第１マイクロチャンネルに移送させ、次いで、この連続相を、第２マイクロチャンネル内を流れる水性又は油性の粒子化相中に、連続又は間欠的に順次吐出する。次に、粒子化相中に吐出した吐出物がマイクロチャンネル内での一連の吐出・分散・移送中に粒子化されるので、この粒子中の重合性樹脂成分をＵＶ照射下及び／又は加熱下において重合硬化させる。このようにして、粒子６０が適宜調製される。

粒子６０に用いられる重合性樹脂成分としては、官能基又は置換基の種類によって、それぞれ（−）帯電性と（＋）帯電性を示す傾向にあるモノマー種が挙げられる。したがって、少なくとも２種以上の複数種のモノマーを重合性樹脂成分として使用する場合には、その（＋）帯電性及び（−）帯電性を示す傾向を周知の上で、好ましくは同種帯電性の傾向にあるモノマー同士を複数組み合わせて、適宜好適に使用する。その他、重合開始剤等のモノマー以外の添加剤は、材料全体での帯電性を失わないように調整して添加される。

少なくとも１種の官能基及び／又は置換基を分子内に有する重合性樹脂成分において、その官能基又置換基としては、例えば、カルボニル基、ビニル基、フェニル基、アミノ基、アミド基、イミド基、ヒドロキシル基、ハロゲン基、スルホン酸基、エポキシ基、及び、ウレタン結合等を挙げることができる。このような重合性モノマーにおける官能基又は置換基を有するモノマー種の単独又は２種以上の複数種を組み合わせて適宜好適に使用することができる。（−）帯電性又は（＋）帯電性を示す傾向にある重合性モノマーとしては、特開２００４−１９７０８３号公報に提案されているものを用いればよい。

マイクロチャンネル方法で粒子６０を製造する場合、連続相をなす二種の重合性樹脂成分の合流時における速度や合流方向等、並びに、連続相の粒子相への吐出時における速度や吐出方向等を調整することにより、得られる粒子６０の外形状、粒子６０における第１部分６１及び第２部分６２の界面の形状等を、調整することができる。

図３に示された粒子６０の例では、第１部分６１と第２部分６２の体積比率は、同一である。また、粒子６０の第１部分６１と第２部分６２の界面は、平面状に形成される。すなわち、粒子６０は球形状に形成され、第１部分６１と第２部分６２は半球状に形成される。

図４は、本実施形態のスクリーン４０の粒子層５５の粒子６０を示す。

連続相をなす二種の重合性樹脂成分が、拡散成分を含む場合、粒子６０の第１部分６１及び第２部分６２に内部拡散機能を付与することができる。図４に示すように、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、粒子６０の第２部分６２は、第２主部６７ａ及び第２主部６７ａ内に分散した第２拡散成分６７ｂを有する。

すなわち、図４に示した球状粒子６０は、第１部分６１の内部を進む光及び第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、第１拡散成分６６ｂ及び第２拡散成分６７ｂとは、粒子６０内を進む光に対し、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及ぼし得る成分のことである。このような第１拡散成分６６ｂ及び第２拡散成分６７ｂの光拡散機能は、例えば、粒子６０の第１主部６６ａ及び第２主部６７ａをなす材料とは異なる屈折率を有する材料から第１拡散成分６６ｂ及び第２拡散成分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第１拡散成分６６ｂ及び第２拡散成分６７ｂを構成することにより、付与される。

第１主部６６ａ及び第２主部６７ａをなす材料とは異なる屈折率を有する第１拡散成分６６ｂ及び第２拡散成分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等が挙げられる。また、第１拡散成分６６ｂ及び第２拡散成分６７ｂは、単なる気泡でもよい。

粒子６０は、単一色が好ましい。すなわち、第１部分６１と第２部分６２は、同一色であることが好ましい。第１部分６１と第２部分６２の色は、顔料や染料等の色材を添加することにより、調整することができる。顔料や染料は、特開２００５−９９１５８号公報、特許第２７８０７２３号公報、及び、特許第５４６３９１１号公報等で開示されたものを用いればよい。

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が光学シート５０内で動作したとしても、図１に示したスクリーン４０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の第１面４０ａに向いている状態でのスクリーン４０の第２面４０ｂと、粒子６０の第２部分６２がスクリーン４０の第１面４０ａに向いている状態でのスクリーン４０の第２面４０ｂとを、画像の表示を行っていない状態で観察者が通常の注意力で観察した際に、同一の色として認識される場合、粒子６０が単一色であるとする。

具体的には、粒子６０の第１部分６１がスクリーン４０の第１面４０ａに向いている状態でのスクリーン４０の第２面４０ｂと、粒子６０の第２部分６２がスクリーン４０の第１面４０ａに向いている状態でのスクリーン４０の第２面４０ｂとの色差ΔＥ^*ａｂ（＝〔（ΔＬ^*）²＋（Δａ^*）²＋（Δｂ^*）²〕^1/2）が、１．５以下となっていることが好ましい。なお、色差ΔＥ^*ａｂは、ＪＩＳ Ｚ８７３０に準拠して、コニカミノルタ社製の色彩計（ＣＭ−７００ｄ）を用いて計測されたＬ^*ａ^*ｂ^*表色系における明度ΔＬ^*及び色度ａ^*，ｂ^*に基づいて特定された値とする。また、透過光の明度ΔＬ^*及び色度ａ^*，ｂ^*に基づいて特定された色差ΔＥ^*ａｂの値で評価する。

このように、粒子６０を単一色とすることで、画像等を表示していない時のスクリーン４０を一定の色にすることが可能となる。そして、スクリーン４０に画像を表示する際に、色味が変化したように感知されることが少なくなる。この結果、スクリーン４０の色変化にともなった画質の劣化を効果的に回避することが可能となる。

粒子層５５、光学シート５０、及び、スクリーン４０は、一例として以下のように製造する。

粒子層５５は、例えば、特開平１−２８２５９号公報に開始された方法により製造することができる。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、このインキを平滑な基材上にコーター等で延伸し、加熱及び乾燥等で重合させ、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等の液体５７に一定期間浸漬する。その後、保持部５６が膨潤することで、シリコーンゴム等からなる保持部５６と粒子６０との間に、液体５７で満たされた隙間が形成される。この結果、液体５７及び粒子６０を収容したキャビティ５６ａが形成され、粒子層５５が製造される。

次に、特開２０１１−１１２７９２号公報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を製造する。まず、図４に示す一対の第１基材５１及び第２基材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、光学シート５０が製造される。次に、光学シート５０上に第１電極４１及び第２電極４２を設け、さらに、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。

このような方法を用いることにより、容易に大型の光学シート５０及びスクリーン４０を製造することが可能となる。

次に、粒子６０の第１主部６６ａ及び第２主部６７ａと第１拡散成分６６ｂ及び第２拡散成分６７ｂの関係を説明する。

第１拡散成分６６ｂ及び第２拡散成分６７ｂの直径ｄは、以下の条件式（１）を満足することが好ましい。
０．１μｍ ＜ ｄ ＜ １５μｍ （１）

第１拡散成分６６ｂ及び第２拡散成分６７ｂの直径が０．１μｍ以下の場合、レイリー散乱の影響でレーザープロジェクターのＲＧＢ各色で散乱特性が大きく異なるようになる。例えば、波長の短い青、緑、赤の順に、拡散度合いが増すようになる。このような粒子を用いたスクリーン４０は、例えば中央や四隅等の場所、又は、視聴角度によって、色むらが生じる可能性がある。

第１拡散成分６６ｂ及び第２拡散成分６７ｂの直径が１５μｍ以上の場合、粒子６０に対し拡散成分が大きいため、粒子ごとの拡散成分の体積割合にばらつきが生じたり、球形を保持できなくなったりする原因となる。粒子６０の直径は大きすぎると、粒子間距離も大きくなり、粒子層５５においてプロジェクターから射出される光が粒子に当たらずに反射あるいは透過する抜け光が生じる原因となるので、粒子６０の直径はなるべく小さいほうが好ましい。また、拡散成分の直径ｄが大きくなると、主部と拡散成分の界面の曲率は小さくなるため、屈折の作用によって光の進行方向が曲げられる角度は小さくなり、スペックル低減効果としては不利になる。以上の理由より、第１拡散成分６６ｂ及び第２拡散成分６７ｂの直径は１５μｍ以下であることが望ましい。なお、拡散成分の直径ｄが大きくなると、主部と拡散成分の界面の屈折作用によって光が拡散される。後述するシミュレーションでは、ｄが十分に大きいときに幾何光学とMie散乱による計算結果は一致することが知られている。

また、粒子６０の体積に対する第１拡散成分６６ｂ及び第２拡散成分６７ｂの体積の和が占める割合を示す体積分率Ｖｉは、以下の条件式（２）を満足することが好ましい。
Ｖｉ ≧ ３％ （２）

さらに、第１拡散成分６６ｂ及び第２拡散成分６７ｂと第１主部６６ａ及び第２主部６７ａとの屈折率差Δｎは、以下の条件式（３）を満足することが好ましい。
｜Δｎ｜ ≦ ０．２ （３）

ここで、体積分率の条件式（２）及び屈折率差の条件式（３）を求めたシミュレーションについて説明する。

図５は、シミュレーションのモデルを示す。

シミュレーションのモデルは、図３に示した保持部５６及びキャビティ５７を模した直方体１０１と、その直方体１０１の内部に埋め込んだ粒子６０を模した球１０２と、からなる。直方体１０１の厚みは１４４μｍ、波長５５０ｎｍに対する直方体１０１の屈折率は１．４である。球１０２の直径は９０μｍでアクリル樹脂を想定している。この直方体１０１に直径８９．９８μｍの円光源１００から波長５５０ｎｍの平行光線を照射する。なお、各界面での反射又は透過はフレネル反射に従い、光線は分岐せず、確率的に反射又は透過が選択されるとする。また、キャビティ５７は、シリコーンオイルで充填されており、シリコーンオイルと保持部５６を構成するシリコーンゴムの屈折率はほぼ等しい。したがって、モデルでは、キャビティ５７を省略している。

拡散はＭｉｅ散乱に従うとし、球１０２の粒子数密度、屈折率、光学濃度、又は、粒径を設定した。粒子数密度（単位：/mm³）は、体積分率からあらかじめ計算して設定した。屈折率は１．４３、光学濃度は１００００、球径は全て１０００ｎｍと設定した。透過率は１０^-10000と換算されるため、球１０２に入射した光線は吸収されるものと考えられる。すなわち、このときの系の無限遠で受光される光線は、球１０２に一度も入射せずに直方体１０１から射出した光線である。この光線は、スペックル低減に寄与しないので、できるだけ少なくなることが望ましい。

図６は、シミュレーションの散乱光の定義を示す。図７は、シミュレーションでの体積分率に対する散乱の結果を示す。

図６に示すように、散乱光は、光源１００から球１０２に射出される方向を０°とし、反時計回りを正として、−９０°＜θ＜９０°を前方散乱、９０°＜θ＜２７０°を後方散乱とする。

図７は、球１０２の体積分率に対して入射光線数1,000,000本（波長５５０ｎｍ）の散乱の結果を示すものである。図１０に示すように、体積分率が３％より小さい場合、多くの光線が無限遠で受光されると計算される。これらの光線は、スペックル低減に寄与しないので、体積分率Ｖｉは、３％以上とする条件式（２）を満足することが好ましい。

図８は、シミュレーションでの屈折率差に対する散乱の結果を示す。

次に、体積分率を３％、透過率を１００％とし、屈折率を変えて計算を行った。図８に示すように、屈折率差｜Δｎ｜が０．２以内で条件式（３）を満足すると、前方散乱が後方散乱よりも多くなり、透過する光線が多くなる。例えば、直方体１０１がシリコーンゴムの場合、球１０２がシリカ等の無機材料又はポリスチレン等の有機材料が挙げられる。

次に、図１に示した表示装置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、プロジェクター２０のコヒーレント光源２１がコヒーレント光を発振する。プロジェクター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、レンチキュラーレンズ７０及びフレネルレンズ８０を介して、スクリーン４０に照射される。走査装置は、図２に示したようにスクリーン４０上を光が走査するように光路を調整する。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。プロジェクター２０に含まれる走査装置の動作は、人間の目Ｅでは分解不可能な程度にまで高速になっている。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、光学シート５０に到達する。この光は、光学シート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、観察者は、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、観察者は、スクリーン４０上のコヒーレント光が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を、他の光源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、一般に、コヒーレント光を用いてスクリーン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、スクリーン上に拡散した後に、光センサ面上、又は、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にコヒーレント光を照射する場合、スクリーン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、スクリーンの各点で発生するスペックル波面はスクリーンが揺動しない限り不動となり、スペックルパターンが画像と共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、本実施形態の表示装置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、平均化される。これによって、観察者にスペックルを目立たなくさせることが可能となる。

図１に示すように、スクリーン４０は、一対の第１電極４１及び第２電極４２を有する。第１電極４１及び第２電極４２は、電力源３０に電気的に接続している。すなわち、電力源３０は、第１電極４１及び第２電極４２に電圧を印加することができる。第１電極４１と第２電極４２の間に電圧が印加されると、第１電極４１と第２電極４２の間に位置する光学シート５０に電場が形成される。

図４に示すように、光学シート５０の粒子層５５には、比誘電率の異なる第１部分６１及び第２部分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、又は、少なくとも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。そして、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、図５に示した矢印Ａの方向に回転動作すると、スクリーン４０の拡散特性が経時的に変化する。この結果、観察者に対してスペックルを目立たなくさせることができる。

なお、図５の矢印Ｌａは、プロジェクター２０からスクリーン４０へ照射された画像光であり、矢印Ｌｂは、スクリーン４０で拡散された画像光である。また、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の電荷又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に、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、電力源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。本実施形態では、電力源３０は、光学シート５０内に生成させる電場のベクトルを反転させるように、第１電極４１と第２電極４２の間に電圧を印加する。

図９は、スクリーンへ印加される電圧の一例を示す。

図９に示すように、本実施形態の第１電極４１と第２電極４２の間の電圧は、Ｘ［Ｖ］と−Ｙ［Ｖ］が交互に印加される。印加電圧のＸ［Ｖ］と−Ｙ［Ｖ］は、絶対値が同一でも異なっていてもよい。また、３つ以上の異なる値の電圧を印加するようにしてもよい。さらに、通常の交流電圧を採用する等、印加電圧が連続的に変化するようにしてもよい。

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。そして、図４に示したように、粒子６０は略球状の外形を有している。また、粒子６０を収容するキャビティ５６ａは、略球状の内形を有している。したがって、粒子６０は、図４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、並進運動も行うことができる。さらに、キャビティ５６ａには、液体５７が充填されている。液体５７は、粒子６０の保持部５６に対する動作を円滑にする。

図１０は、他の実施形態のスクリーン４０の断面の一部を示す。

図１０に示すように、光学シート５０及びスクリーン４０は、曲面に製造してもよい。曲面に製造するには、シート層５５をシート化する際に、曲面上で加熱し、重合させればよい。その後、予め曲面に形成された基材５１，５２を積層すればよい。

図１１は、第１部分６１と第２部分６２の色を異ならせた例の粒子６０を示す。

例えば、上述した実施形態において、第１部分６１と第２部分６２は、一方のみに拡散成分を有してもよい。第１部分６１及び第２部分６２の一方のみに拡散成分があれば、粒子６０の向き、姿勢、位置が変化したとしても、光が透過する際に、拡散成分によって拡散する可能性が高いので、効果的に、スペックルを目立たなくすることができる。

図１２は、第１部分６１と第２部分６２の体積比率を異ならせた例の粒子６０を示す。

上述した実施形態において、第１部分６１と第２部分６２は、同一の体積比率を有する例を示したが、この例に限る必要はない。粒子６０に占める第１部分６１の体積比率と粒子６０に占める第２部分６２の体積比率が異なるようにしてもよい。図１２に示す例では、第１部分６１の体積比率が第２部分６２の体積比率よりも大きい。このような粒子６０を用いた場合、スクリーン４０に光が照射されている間、スクリーンの法線方向ｎｄに沿って観察者側から第１部分６１が第２部分６２の少なくとも一部を覆うようにすることが容易になる。さらに、粒子６０の回転動作にともなって図１３の二点鎖線で示された位置まで第２部分６２が移動する場合、スクリーン４０の法線方向ｎｄに沿った観察者側から第１部分６１によって第２部分６２を完全に覆い隠すことが可能となる。したがって、第１部分６１と第２部分６２が厳密に同一色でない場合においても、粒子６０を動作させながら画像を表示している間、スクリーン４０の色味が変化することを効果的に感知されにくくすることが可能となる。

さらに、上述した実施形態において、正の帯電性を有するモノマーや負の帯電性を有するモノマーを合成樹脂の重合を用いて単一色の粒子６０を作製し、この粒子６０が帯電している例を示したが、この例に限る必要はない。液体５７中での帯電特性が異なる複数部分を有する粒子６０は、公知の材料を用いて、様々な方法で合成される。例えば、性能の異なる材料からなる板状体を二層積層し、この積層体を所望のサイズに粉砕することによって、粒子６０を作製してもよい。帯電特性を有する材料は、例えば合成樹脂に、帯電制御剤を添加すればよい。帯電付与添加剤の例としては、静電気防止剤に用いられる、ポリアルキレングリコールを主成分とするポリマーに過塩素酸リチウム等を複合化させたイオン導電性付与剤を採用することができる。

さらに、上述した実施形態において、粒子６０が球体である例を示したが、この例に限る必要はない。粒子６０は、キャビティ５６ａ内で動作可能であれば、回転楕円体、立方体、直方体、錐体、円筒体等の外径を有するようにしてもよい。球体以外の外形を有する粒子６０を動作させることにより、粒子６０の内部拡散機能によらず、表面反射によって、スクリーン４０の拡散特性の経時変化を引き起こすことが可能となる。

さらに、光学シート５０、粒子層５５、及び粒子６０を上述した実施形態で説明した方法とは異なる方法で製造してもよい。また、粒子６０が、保持部５６に対して動作可能に保持されれば、液体５７が設けられていなくてもよい。

さらに、上述した実施形態において、スクリーン４０の積層構造の一例を示したが、これに限らず、特定の機能を発揮することを期待されたその他の機能層をスクリーン４０に設けてもよい。また、１つの機能層が２つ以上の機能を発揮するようにしてもよい。例えば、第１カバー層４６、第２カバー層４７、第１基材５１、又は第２基材５２等が、この機能層として働くようにしてもよい。機能層に付与される機能として、例えば、反射防止機能、耐擦傷性を有したハードコート機能、紫外線遮蔽機能、紫外線反射機能、又は防汚機能等が挙げられる。

図１３は、複数の線状電極部を有するスクリーン４０の例を示す。

さらに、上述した実施形態において、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、この例に限る必要はない。第１電極４１及び第２電極４２の少なくとも一つがストライプ状に形成されるようにしてもよい。図１５に示す例では、第１電極４１及び第２電極４２の両方が、透明な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第１線状電極部４１ａを有し、複数の第１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第２線状電極部４２ａを有し、複数の第１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。

図１３に示す例において、第１電極４１をなす複数の第１線状電極部４１ａ及び第２電極４２をなす複数の第２線状電極部４２ａは、共に、光学シート５０の観察者とは同じ側の面上に配置されている。そして、第１電極４１をなす複数の第１線状電極部４１ａ及び第２電極４２をなす複数の第２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、電力源３０から電圧を印加されることにより、光学シート５０の粒子層５５に電場を形成することができる。

さらに、上述した実施形態において、プロジェクター２０がラスタースキャン方式で、光をスクリーン４０に投射する例について説明したが、この例に限る必要はない。プロジェクターがラスタースキャン方式以外の方式、例えば、各瞬間にスクリーンの全領域に画像光を投射するようにしてもよい。このようなプロジェクターを用いた場合においてもスペックルが生じることになるが、上述のスクリーンを用いることによって、スクリーン４０での拡散波面が経時的に変化することになり、スペックルを効果的に目立たなくすることができる。さらに、背景技術の欄で説明した国際公開２０１２／０３３１７４に開示されたプロジェクターと組み合わせて、上述したスクリーンを用いることも可能である。このプロジェクターによれば、スペックルを有効に低減することができるが、このプロジェクターと上述のスクリーンとの組み合わせによれば、さらに効果的に、スペックルを目立たなくすることができる。

図１４は、他の実施形態の透過型のスクリーン１４０の断面の一部を示す。

透過型のスクリーン１４０は、図３に示したスクリーン４０の光学シート５０において、拡散透過層５８を加える。拡散透過層５８は、光を透過する際に拡散する機能を有する。透過型のスクリーン１４０のその他の構成は、図３に示したスクリーン４０と同様でよい。

また、透過型のスクリーン１４０は、拡散透過層５８を第２基材５２と第２電極４２の間に設けてもよい。さらに、図示しない拡散微粒子５８ａを第２基材５２に埋め込み、第２基材５２に拡散透過層５８としての機能を持たせてもよい。さらに、図示しない拡散微粒子５８ｂは粒子層５５の保持部５６や液体５７に含まれていて、粒子層５５に拡散透過層５８としても機能を持たせても良い。

図１５は、本実施形態の透過型のスクリーン１４０を用いた表示装置１０の一例を示す。

本実施形態の透過型の表示装置１０は、プロジェクター２０と、プロジェクター２０から画像光を照射されるスクリーン１４０と、を有する。ここで、スクリーン１４０は、図１４に示した構成のうち、少なくとも電極４１，４２と、粒子層５５及び拡散透過層５８を有していればよい。

また、表示装置１０は、プロジェクター２０とスクリーン１４０の間に配置されるフレネルレンズ７０、スクリーン１４０の視野角を拡大する視野角拡大部７１、コントラストを向上させる着色部７２のうち、少なくとも１つを用いてもよい。さらに、スクリーン１４０の耐久性を向上させるため、ハードコート部７３を用いてもよい。

フレネルレンズ７０は、プロジェクター２０から射出される光を屈折させて略平行光として射出する。フレネルレンズ７０は、プロジェクター２０とスクリーン１４０の間に配置される。フレネルレンズ７０は、同心円状フレネルレンズ又はシリンドリカルレンズと同様の効果があるリニアフレネルレンズのどちらでもよい。また、フレネルレンズ７０のフレネル面７０ａは、プロジェクター２０とスクリーン１４０のどちらに向けてもよい。フレネルレンズ７０は、シート状に形成されてもよい。

このようなフレネルレンズ７０を用いることによって、プロジェクター２０から射出される光を略平行光として射出することができ、スクリーン１４０上の画質を向上させることが可能となる。また、フレネルレンズ７０をシート状に形成することによって、スクリーン１４０を薄く形成することが可能となる。

視野角拡大部７１は、スクリーン１４０の視野角を拡大する。図１５に示す第１例では、視野角拡大部７１は、透明樹脂又は空気等の基材７１ａと、基材７１ａに黒色の三角形プリズム状に形成される光吸収部７１ｂと、を有する。基材７１ａは、光吸収部７１ｂよりも屈折率が高い。

プロジェクター２０から射出した光は、視野拡大部７１の基材７１ａ側から入射し、基材７１ａと光吸収部７１ｂの境界の斜面で全反射し、視野角を拡大させる。したがって、光吸収部７１ｂには、光はほとんど入射せず、光の利用効率を高くすることが可能となる。また、光吸収部７１ｂは、観察者Ｅ側からの外光を吸収する。したがって、コントラストを向上させることが可能となる。

なお、図１５に示した視野角拡大部７１は、光を上下方向に拡散させるように紙面の上下方向に光吸収部７１ｂを並べて形成しているが、光を左右方向に拡散させるように紙面の手前から奥へ向かう方向に光吸収部７１ｂを並べて形成してもよい。また、紙面の上下方向に並べた光吸収部７１ｂを有する視野拡大部７１と紙面の手前から奥へ向かう方向に並べた光吸収部７１ｂを有する視野拡大部７１を、プロジェクター２０と観察者Ｅの間に重ねて使用してもよい。視野拡大部７１を重ねて使用することで、光の利用効率を低下させることなく、効率的に広視野角で高コントラストなスクリーンを実現することが可能となる。

着色部７２は、半透明又は着色染料等によって着色された層であって、透過率を低くしてコントラストを向上させる。着色部７２は、独立した層として設けず、同様の機能を他の部分に持たせてもよい。例えば、保持部５６、液体５７及び粒子６０を着色してコントラストを向上させてもよい。また、着色部７２は、光源としてレーザーを用いる場合、輝線のみを通すように着色されていてもよい。

ハードコート層７３は、スクリーン最表層に公知のハードコート材料をコーティングすることによって形成され、耐久性を向上させる。ハードコート層７３は、浸水性又は撥水性を有してもよい。例えば、低温環境においてスクリーン１４０を使用する場合、ハードコート層７３に結露が発生するおそれがある。そのため、ハードコート層７３の表面は、フッ素又はシリコン等によるコーティング、凹凸構造、吸湿層の貼付、又は、電熱層等によって、形成されてもよい。このように形成することによって、結露及び汚れを防止することができる。

表示装置１０は、タッチパネル機能を搭載としてもよい。赤外光学イメージング方式では、表示装置１０の一部に赤外センサーを設けておき、赤外線を外部から照射すれば、表示装置１０と接触した位置を赤外照射が遮断された部位として赤外センサーが検知するので、タッチパネル機能を有することとなる。赤外線照射部は別途照射装置を設けてもよい。同様に、超音波方式では、表示装置１０の表面に超音波表面弾性波の発信子と受信子を設置しておき、この弾性波の減衰で接触位置を特定する。また表示装置１０の内部または外付けで、静電容量方式や膜抵抗方式のタッチパネルを搭載させてもよい。表示装置の内部にタッチパネルを搭載させるには、図１６に示したスクリーン１４０と着色部７２の間、又は着色部７２とハードコート層７３の間にタッチパネル層を形成すればよい。

図１６は、フレネルレンズ７０の他の例を示す。

フレネルレンズ７０は、フレネル面７０あとは反対の面を、拡散性を有する拡散面７０ｂに形成してもよい。拡散面７０ｂは、表面に凹凸等を形成すればよい。このような拡散面７０ｂを形成することによって、スクリーン全体の拡散性を向上させることが可能となる。

図１７は、視野角拡大部の第２例を示す。

図１７に示す第２例の視野角拡大部１７１は、基材としてのレンチキュラーレンズ１７１ａと、レンチキュラーレンズ１７１ａの一部に形成される光吸収部１７１ｂと、を有する。

レンチキュラーレンズ１７１ａは、シートのプロジェクター２０側の表面に微細な細長い第１シリンドリカルレンズ１７１ａ₁が並べられ、シートの観察者Ｅ側の表面に微細な細長い第２シリンドリカルレンズ１７１ａ₂と平面部１７１ａ₃とが交互に形成される。光吸収部１７１ｂは、レンチキュラーレンズ１７１ａの平面部１７１ａ₃に形成される。レンチキュラーレンズ１７１ａは、透明な樹脂で形成される。光吸収部１７１ｂは、黒色の塗装等によって形成される。

プロジェクター２０から射出した光は、視野拡大部１７１のレンチキュラーレンズ１７１ａの第１シリンドリカルレンズ１７１ａ₁から入射し、第２シリンドリカルレンズ１７１ａ₂から射出して、視野角を拡大させる。したがって、光吸収部１７１ｂには、光はほとんど入射せず、光の利用効率を高くすることが可能となる。また、光吸収部１７１ｂは、観察者Ｅ側からの外光を吸収する。したがって、コントラストを向上させることが可能となる。

なお、図１７に示した視野角拡大部７１は、光を上下方向に拡散させるように紙面の上下方向に第１シリンドリカルレンズ１７１ａ₁及び第２シリンドリカルレンズ１７１ａ₂を並べて形成しているが、光を左右方向に拡散させるように紙面の手前から奥へ向かう方向に第１シリンドリカルレンズ１７１ａ₁及び第２シリンドリカルレンズ１７１ａ₂を並べて形成してもよい。また、紙面の上下方向に並べた第１シリンドリカルレンズ１７１ａ₁及び第２シリンドリカルレンズ１７１ａ₂を有する視野拡大部１７１と紙面の手前から奥へ向かう方向に並べた第１シリンドリカルレンズ１７１ａ₁及び第２シリンドリカルレンズ１７１ａ₂を有する視野拡大部１７１を、プロジェクター２０と観察者Ｅの間に重ねて使用してもよい。視野拡大部１７１を重ねて使用することで、光の利用効率を低下させることなく、効率的に広視野角で高コントラストなスクリーンを実現することが可能となる。

また、視野角拡大部７１は、マイクロレンズアレイ等でもよい。光吸収部１７１ｂは、ピンホールアレイ等でもよい。

図１８は、視野角拡大部の第３例を示す。

図１８に示す第３例の視野角拡大部２７１は、基材としてのレンチキュラーレンズ２７１ａと、レンチキュラーレンズ２７１ａの一部に形成される光吸収部２７１ｂと、を有する。

レンチキュラーレンズ２７１ａは、シートのプロジェクター２０側の表面に微細な細長いシリンドリカルレンズ２７１ａ₁が並べられ、シートの観察者Ｅ側の表面に平面部２７１ａ₃が形成される。レンチキュラーレンズ２７１ａは、透明な樹脂で形成される。光吸収部２７１ｂは、レンチキュラーレンズ２７１ａのシリンドリカルレンズ２７１ａ₁を覆うように形成される。光吸収部２７１ｂは、塗装等によって層状に形成される。

プロジェクター２０から射出した光は、視野拡大部２７１の光吸収部２７１ｂから入射し、平面部２７１ａ₃から射出して、視野角を拡大させる。また、光吸収部２７１ｂは、内部反射を繰り返し、観察者Ｅ側からの外光を減衰する。したがって、コントラストを向上させることが可能となる。

なお、図１８に示した視野角拡大部７１は、光を上下方向に拡散させるように紙面の上下方向にシリンドリカルレンズ２７１ａ₁を並べて形成しているが、光を左右方向に拡散させるように紙面の手前から奥へ向かう方向にシリンドリカルレンズ２７１ａ₁を並べて形成してもよい。また、紙面の上下方向に並べたシリンドリカルレンズ２７１ａ₁を有する視野拡大部２７１と紙面の手前から奥へ向かう方向に並べたシリンドリカルレンズ１７１ａ₁を有する視野拡大部２７１を、プロジェクター２０と観察者Ｅの間に重ねて使用してもよい。視野拡大部２７１を重ねて使用することで、光の利用効率を低下させることなく、効率的に広視野角で高コントラストなスクリーンを実現することが可能となる。

また、視野角拡大部７１は、マイクロレンズアレイ等でもよい。

次に本実施形態の拡散部５８についてさらに説明する。本実施形態では、拡散透過層５８は、拡散微粒子５８ａを含むことによって、光を拡散する機能を有すればよい。

拡散透過層５８の場合、拡散微粒子５８ａは、アクリル樹脂等の主成分との屈折率差が小さい樹脂ビーズや二酸化ケイ素等の材料を用いればよい。拡散微粒子５８ａは、主成分との屈折率差が小さいと、前方散乱が起こりやすくなり、透過型として用いることが好ましい。

拡散部５８は、粒子層５５から離れていてもよい。拡散部５８と粒子層５５の間は、空気の層であってもよい。拡散部５８は、粒子層５５の両側にそれぞれ設けてもよい。

図１９は、拡散部５８の他の例を示す。

拡散部５８は、表面に不規則な凹凸を形成することで拡散透過層５８としてもよい。この場合、拡散部５８の凹凸は、粒子層５５側に形成されてもよい。また、図１９に示すように、拡散部５８は、粒子層５５から離れていてもよい。拡散部５８と粒子層５５の間は、空気の層であってもよい。拡散部５８は、粒子層５５の両側にそれぞれ設けてもよい。

次に、粒子６０についてさらに説明する。本実施形態では、図４に示したように、粒子６０は、多相ポリマー粒子であって、第１部分６１と第２部分６２とを有する。第１部分６１と第２部分６２は、第１ポリマー部分６１と第２ポリマー部分６２に言い換えてもよい。

反射型の粒子６０の場合、粒子６０の第１主部６６ａ及び第２主部６７ａは、アクリル樹脂等を用い、第１拡散成分６６ｂ及び第２拡散成分６７ｂは、第１主部６６ａ及び第２主部６７ａとの屈折率差が大きい酸化チタン等の金属化合物を用いればよい。第１主部６６ａ及び第２主部６７ａと第１拡散成分６６ｂ及び第２拡散成分６７ｂは、屈折率差が大きいと、後方散乱が起こりやすくなり、反射型として用いることが好ましい。

透過型の粒子６０の場合、粒子６０の第１主部６６ａ及び第２主部６７ａは、アクリル樹脂等を用い、第１拡散成分６６ｂ及び第２拡散成分６７ｂは、第１主部６６ａ及び第２主部６７ａとの屈折率差が小さい二酸化ケイ素等の材料を用いればよい。第１主部６６ａ及び第２主部６７ａと第１拡散成分６６ｂ及び第２拡散成分６７ｂは、屈折率差が小さいと、前方散乱が起こりやすくなり、透過型として用いることが好ましい。

なお、粒子層５５では、保持部５６、液体５７、粒子６０に対して着色料を用いて色をつけてもよい。

図２０は、粒子６０におけるキャビティ５６ａの考え方を示す。

本実施形態では、単一のキャビティ５６ａ内に単一の粒子６０が含まれる。キャビティ５６ａは、粒子６０が移動できない単位を１つと考える。したがって、図２０（ａ）に示した例では、２つのキャビティ６０ａにそれぞれ粒子６０が含まれている。また、図２０（ｂ）に示した例では、３つのキャビティ６０ａにそれぞれ粒子６０が含まれている。すなわち、単一のキャビティ５６ａ内に単一の粒子６０が含まれていることになる。

なお、図４に示した粒子６０では、第１拡散成分６６ｂ及び第２拡散成分６７ｂは球体である例を示したが、この例に限る必要はない。第１拡散成分６６ｂ第２拡散成分６７ｂは、回転楕円体、立方体、直方体、錐体、円筒体等の外径を有するようにしてもよい。

第１拡散成分６６ｂ及び第２拡散成分６７ｂが回転楕円体、立方体、直方体、錐体、円筒体等の形状の場合、直径とは、面積円相当径（Heywood径）を意味する。面積円相当径ｄは、以下の式から求められる。
ｄ＝（4×S/π）^1/2
ただし、
ｄは、面積円相当径、
Sは、拡散成分断面の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）像から取得される面積、
である。

また、粒子６０の直径は、３０μｍ〜２００μｍが好ましい。粒子６０の場合も形状が球で無い場合、上述した式から面積円相当径ｄを求める。

直径は、顕微鏡写真又は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）像から取得する。体積分率は、粒子断面のＳＥＭ像又はＴＥＭ像から、面積分率を取得し、面積分率がｘ：ｙの時のｘ^3/2：ｙ^3/2とする。

屈折率差は、まず粒子の薄片試料を集束イオンビーム（ＦＩＢ：Focused Ion Beam）で作製し、透過型電子顕微鏡又は走査型電子顕微鏡に、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ：Energy dispersive X-ray spectrometry）又は電子エネルギー損失分光法（ＥＥＬＳ：Electron energy-loss spectroscopy）の検出器を組み合わせた装置を用いて、主部と拡散成分の定性／定量的な元素分析、さらに必要であれば元素の化学状態分析をすることで、主部と拡散成分の成分を水停止、それぞれの成分の屈折率の差を取って求められる。

なお、本実施形態で透明とは、ミクロトームで切片を作製し、顕微分光法で透過率と反射率をそれぞれ測定し、可視光領域のいずれかの波長で透過率が反射率を上回っていることをいう

以上、本実施形態の光学シート５０の一例によれば、所定の厚みを有する透明な保持部５６と、保持部５６に形成されたキャビティ５６ａ内に収容され比誘電率の異なる第１部分６１と第２部分６２を含む粒子６０と、を有する粒子層５５を備え、第１部分６１は、透明な第１主部６６ａと、光を拡散する第１拡散成分６６ｂを含み、第２部分６２は、透明な第２主部６７ａと、光を拡散する第２拡散成分６７ｂを含み、第１拡散成分６６ｂ及び第２拡散成分６７ｂの直径ｄは、以下の条件式（１）を満足するので、レーザープロジェクターのＲＧＢ各色での散乱特性の差を小さくすることができ、スクリーン４０の中央や四隅等の場所、又は、視聴角度による色むらを小さくすることが可能となる。また、マイクロチャネル内で２つの組成の層流が形成され、円滑に粒子６０が形成でき、且つ、流路や流路入口の詰まりを抑制することが可能となる。
０．１μｍ ＜ ｄ ＜ １５μｍ （１）

また、本実施形態の光学シート５０の一例によれば、粒子６０の体積に対する第１拡散成分６６ｂ及び第２拡散成分６７ｂの体積の和が占める割合を示す体積分率Ｖｉは、以下の条件式（２）を満足するので、スペックル低減に寄与しない光線をできるだけ少なくすることが可能となる。
Ｖｉ ≧ ３％ （２）

また、本実施形態の光学シート５０の一例によれば、第１拡散成分６６ｂ及び第２拡散成分６７ｂと第１主部６６ａ及び第２主部６７ａとの屈折率差Δｎは、以下の条件式（３）を満足するので、前方散乱が後方散乱よりも多くなり、透過する光線が多くなる。
｜Δｎ｜ ≦ ０．２ （３）

また、本実施形態のスクリーン４０の一例によれば、光学シート５０と、電圧を印加されることによって、粒子層５６の粒子６０を駆動するための電場を形成する電極４１，４２と、を備えるので、電極４１，４２によって形成される電場に応じて、比誘電率の異なる第１部分６１と第２部分６２を含む粒子６０を的確に動作させることが可能となる。そして、反射拡散機能を有する粒子６０が動作することによって、スクリーン４０の拡散特性が経時的に変化し、スペックルを十分に低減することが可能となる。

また、本実施形態のスクリーン４０の一例によれば、電極４１，４２は、拡散反射層５３として光を拡散反射する機能を有するので、拡散反射層５３を新たに設ける必要がなく、光学シート５０を薄膜化することが可能となる。

また、本実施形態の表示装置１０の一例によれば、スクリーン４０と、スクリーン４０にコヒーレント光を照射するプロジェクター２０と、を備えるので、プロジェクター２０から照射されたコヒーレント光のスペックルを十分に低減することが可能となる。

また、本実施形態の表示装置１０の一例によれば、スクリーン４０の電極４１，４２に電圧を印加する電力源３０と、電力源３０から電極４１，４２に印加される印加電圧を制御する制御装置３５と、をさらに備え、制御装置３５は、粒子層５５で粒子６０を動作させるよう、電力源３０の印加電圧を制御するので、粒子６０をさらに的確に動作させることができ、スペックルをさらに十分に低減することが可能となる。

また、本実施形態の表示装置１０の一例によれば、制御装置３５は、１８０°未満の角度範囲内で粒子６０を繰り返し回転させるよう、電力源３０の印加電圧を制御するので、第１部分６１及び第２部分６２のうちの少なくとも一方を選択して、的確に観察者側に位置させることが可能となる。

また、本実施形態の表示装置１０の一例によれば、制御装置３５は、スクリーン４０の法線方向に沿って観察者側から第１部分６１が第２部分６２の少なくとも一部を覆うよう、電力源３０の印加電圧により、粒子６０の向き及び位置の少なくとも一方を制御するので、第１部分６１と第２部分６２が厳密に同一色でない場合においても、粒子６０を動作させながら画像を表示している間、スクリーン４０の色味が変化することを効果的に感知されにくくすることが可能となる。

なお、光学シート５０、スクリーン４０、及び表示装置１０をいくつかの実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の組み合わせ又は変形が可能である。

１０…表示装置
２０…プロジェクター
２１…コヒーレント光源
３０…電力源
３５…制御装置
４０…スクリーン
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…光学シート
５１…第１基材
５２…第２基材
５５…粒子層
５６…保持部
５６ａ…キャビティ
５７…液体
６０…粒子
６１…第１部分
６６ａ…第１主部
６６ｂ…第１拡散成分
６２…第２部分
６７ａ…第２主部
６７ｂ…第２拡散成分

Claims (9)

1. 所定の厚みを有する透明な保持部と、
   前記保持部に形成されたキャビティ内に収容され比誘電率の異なる第１部分と第２部分を含む粒子と、
   を有する粒子層を備え、
   前記粒子は、前記キャビティ内で回転運動可能であって、
   前記第１部分は、透明な第１主部と、光を拡散する第１拡散成分を含み、
   前記第２部分は、透明な第２主部と、光を拡散する第２拡散成分を含み、
   前記第１拡散成分及び前記第２拡散成分の直径ｄは、以下の条件式（１）を満足する、
   光学シート。
   ０．１μｍ ＜ ｄ ＜ １５μｍ （１）
2. 前記粒子の体積に対する前記第１拡散成分及び前記第２拡散成分の体積の和が占める割合を示す体積分率Ｖｉは、以下の条件式（２）を満足する、
   請求項１に記載の光学シート。
   Ｖｉ ≧ ３％ （２）
3. 前記第１拡散成分及び前記第２拡散成分と前記第１主部及び前記第２主部との屈折率差Δｎは、以下の条件式（３）を満足する、
   請求項２に記載の光学シート。
   ｜Δｎ｜ ≦ ０．２ （３）
4. 請求項１乃至３のいずれか１つに記載の光学シートと、
   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、
   を備える、
   スクリーン。
5. 前記電極は、光を拡散反射する機能を有する、
   請求項４に記載のスクリーン。
6. 請求項４又は５に記載のスクリーンと、
   前記スクリーンにコヒーレント光を照射するプロジェクターと、
   を備える、
   表示装置。
7. 前記スクリーンの前記電極に電圧を印加する電力源と、
   前記電力源から前記電極に印加される印加電圧を制御する制御装置と、
   をさらに備え、
   前記制御装置は、前記粒子層で前記粒子を動作させるよう、前記電力源の印加電圧を制御する、
   請求項６に記載の表示装置。
8. 前記制御装置は、１８０°未満の角度範囲内で前記粒子を繰り返し回転させるよう、前記電力源の印加電圧を制御する、
   請求項７に記載の表示装置。
9. 前記制御装置は、前記スクリーンの法線方向に沿って観察者側から前記第１部分が前記第２部分の少なくとも一部を覆うよう、前記電力源の印加電圧により、前記粒子の向き及び位置の少なくとも一方を制御する、
   請求項７又は８に記載の表示装置。

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