JP7306378B2

JP7306378B2 - 投射スクリーンの制御方法

Info

Publication number: JP7306378B2
Application number: JP2020509782A
Authority: JP
Inventors: 英彦高梨; 秀樹小野; 由威石井
Original assignee: Sony Corp; Sony Group Corp
Current assignee: Sony Corp; Sony Group Corp
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2019-03-07
Publication date: 2023-07-11
Anticipated expiration: 2039-03-07
Also published as: US20210026233A1; US11609487B2; JPWO2019188086A1; WO2019188086A1

Description

本開示は、例えば、調光機能を有する投射スクリーンの制御方法に関する。

一般的なプロジェクタを用いた映像表示では、背景輝度が黒輝度となる。このため、スクリーンの反射光量が大きくなる明るい環境下では、表示映像のコントラストが低下し、視認性が悪化する。特に、透明スクリーンでは、その傾向が顕著となる。

視認性の悪化は、黒輝度を背景輝度より低下させることで改善することができる。例えば、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）液晶とＰＤＬＣ（Polymer Dispersed Liquid Crystal）とを組み合わせることでスクリーンを調光することができる。但し、ＴＦＴ等のアクティブ素子を用いてスクリーンを形成した場合、コストの増加やサイズの制限等が生じ、表示サイズの任意性というプロジェクタの長所が低下する。更に、透明スクリーンにおいては、透過率の低下の要因となる。

これに対して、例えば特許文献１では、電圧の印加によって透過状態と散乱状態とを切り替えることができる第１の液晶層領域と、第１の液晶層領域の外側に、液晶と二色性色素とを含み、電圧の印加によって透過状態と着色状態とを切り替えることができる第２の液晶層領域とを有するスクリーンが開示されている。このスクリーンでは、散乱状態とした第１の液晶領域に画像を表示し、その外側の第２の液晶領域を着色状態とすることでコントラスト感を高めている。

特開２０１３－７６９５５号公報

このように、視認性を含む表示品位を向上させることが可能なスクリーンの開発が求められている。

表示品位を向上させることが可能な投射スクリーンの制御方法を提供することが望ましい。

本開示の一実施形態の投射スクリーンの制御方法は、光によって可視光の透過率または反射率が変化すると共に、フォトクロミック材料を含む表示部材に、各々が３５０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下または７００ｎｍ以上２．５μｍ以下の波長を有する、フォトクロミック材料の透明状態から着色状態への遷移過程を行わせる第１制御光を照射したのち、第１制御光よりも光強度の低い表示部材の透過率または反射率を保持するための第２制御光を照射する。

本開示の一実施形態の投射スクリーンの制御方法では、光によって可視光の透過率または反射率が変化すると共に、フォトクロミック材料を含む表示部材に、各々が３５０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下または７００ｎｍ以上２．５μｍ以下の波長を有する、第１制御光を照射したのち第１制御光よりも光強度の低い第２制御光を順に照射するようにした。ここで、第１制御光はフォトクロミック材料の透明状態から着色状態への遷移過程を行わせるものであり、第２制御光は表示部材の透過率または反射率を保持するためのものである。これにより、フォトクロミック材料の発色速度およびその発色状態を制御することが可能となる。

本開示の一実施形態の投射スクリーンの制御方法によれば、光によって可視光の透過率または反射率が変化すると共に、フォトクロミック材料を含む表示部材に、各々が３５０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下または７００ｎｍ以上２．５μｍ以下の波長を有する、フォトクロミック材料の透明状態から着色状態への遷移過程を行わせる第１制御光を照射したのち、第１制御光よりも光強度の低い表示部材の透過率または反射率を保持するための第２制御光を順に照射するようにしたので、フォトクロミック材料の発色速度およびその発色状態を制御して投射スクリーンの黒輝度を制御することが可能となる。よって、投射スクリーンに映し出される画像の表示品位を向上させることが可能となる。

なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれの効果であってもよい。

本開示の実施の形態に係る投射型表示装置の構成の一例を表す概略図である。図１に示したスクリーンの構成を表す断面図である。フォトクロミック材料の一例であるＴＰＣ－００３３の吸収スペクトル図である。ＴＰＣ－００３３を含む調光層における励起光強度と応答速度との関係を表す特性図である。ＴＰＣ－００３３を含む調光層における励起光強度と１秒後の透過率との関係を表す特性図である。本実施の形態におけるスクリーンへの光照射パターンの一例を表すタイミング図である。本実施の形態におけるスクリーンへの光照射パターンの他の例を表すタイミング図である。図１に示した投射型表示装置のスクリーンと投射部との位置関係の一例を表す模式図である。図８に示したスクリーンおよび投射部の構成の一例を説明するための模式図である。図８に示したスクリーンおよび投射部の構成の他の例を説明するための模式図である。図１に示した投射型表示装置の全体構成を表す模式図である。図１に示した投射型表示装置のスクリーンと投射部との位置関係の他の例を表す模式図である。一般的な投射型表示装置における画像表示を表す模式図である。図１に示した投射型表示装置における画像表示を表す模式図である。本開示の変形例１に係るスクリーンの構成を表す断面図である。本開示の変形例２に係るスクリーンの構成を表す断面図である。

以下、本開示における実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明は本開示の一具体例であって、本開示は以下の態様に限定されるものではない。また、本開示は、各図に示す各構成要素の配置や寸法、寸法比等についても、それらに限定されるものではない。なお、説明する順序は、下記の通りである。
１．実施の形態（制御光として２種類の光強度の光を用いたスクリーンの制御方法の例）
１－１．スクリーンの構成
１－２．スクリーンの制御方法
１－３．投射型表示装置の構成
１－４．作用・効果
２．変形例
２－１．（表示層と調光層とを一体化したスクリーンの例）
２－２．（調光層に調光光カット機能を追加した例）

＜１．実施の形態＞
図１は、本開示の一実施の形態に係る投射型表示装置（投射型表示装置１）の構成を表したものである。この投射型表示装置１は、光源装置１０と、照明光学系２０と、画像形成部３０と、投射光学系４０と、投射光学系４０から画像形成部３０で生成された画像を表示するスクリーン５０とを備えたものである。図２は、図１に示したスクリーン５０の断面構成を表したものである。本実施の形態の投射スクリーン（スクリーン５０）は、画像を表示する表示部材５１０として、例えば、フォトクロミック材料を含む調光層５１２と、保護層５１３と、表示層５１１がこの順に積層された構成を有し、光強度が異なる光（第１制御光および第２制御光）を調光光（Ｌｃ）として用いて調光層５１２の反射率または透過率を制御するものである。なお、本開示で用いる「画像」とは、静止画だけでなく、動画を含むものとする。

（１－１．スクリーンの構成）
表示層５１１は、一般的に用いられるスクリーンであり、例えば、マットスクリーン、パールスクリーン、シルバースクリーン、ビーズスクリーンおよび透過スクリーン等が挙げられる。マットスクリーンは、例えば、表面に散乱剤を含む塗料が塗布された布地や樹脂シートによって構成された、いわゆる拡散型のスクリーンである。パールスクリーンおよびシルバースクリーンは、表面にパール系樹脂や金属粉末系の塗料が塗布された、いわゆる反射型のスクリーンである。ビーズスクリーンは、表面に光学レンズガラス球が塗布されたものである。透過スクリーンは、例えば正対視において可視域の波長の光に対して透過性を有するものであり、ビニールやアクリル、ガラス等によって構成される半透明のスクリーンである。なお、表示層５１１は、投射光学系４０から投射されたＲＧＢの光（画像光Ｌｉ）を反射するものであればよく、上記布や樹脂シートの他に、例えば壁等を用いることができる。

表示層５１１は、この他、ホログラム、ハーフミラー、表面プラズモン粒子、コレステリック液晶およびフレネルレンズ等を用いて構成されていてもよい。

調光層５１２は、画像光（Ｌｉ）として用いられる波長（ＲＧＢ）とは異なる波長の光（調光光（Ｌｃ））の照射によってスクリーン５０の黒輝度を変化させるためのものであり、調光層５１２は、調光光（Ｌｃ）を吸収して透過率または反射率が変化（低下）する。調光光（Ｌｃ）は、例えば、３５０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下または７００ｎｍ以上２．５μｍ以下の波長の光を用いることが好ましい。具体的には、例えば、紫外線（ＵＶ）や赤外線（ＩＲ）が挙げられる。これにより、画像の色表現を損なうことなく、調光層５１２の透過率または反射率を変化させることが可能となる。ここで、「調光」とは、画像のコントラストを向上させるために、スクリーン５０の透過率または反射率を変化させることとする。

調光層５１２は、例えばフォトクロミック材料を用いて形成されており、これにより、調光層（Ｌｃ）が照射された領域の透過率または反射率を低下（例えば黒色に変化）させることが可能となる。

フォトクロミック材料としては、例えば有機材料によって構成されるフォトクロミック色素が挙げられる。フォトクロミック色素は、例えば２つに分類される。１つは、着色後により透明状態に戻るＴ型フォトクロミック色素であり、もう１つは着色する光とは別の波長によって透明状態に戻るＰ型フォトクロミック色素である。Ｔ型フォトクロミック色素としては、スピロピラン、ヘキサアリルビイミダゾール、オキサジン、ナフトピランおよびアゾベンゼン等が挙げられる。Ｐ型フォトクロミック色素としては、フルギドおよびジアリールエテン等が挙げられる。

本実施の形態の調光層５１２には、上記フォトクロミック色素のいずれも用いることが可能である。Ｔ型フォトクロミック色素は、透明状態から着色状態への遷移過程を、Ｐ型フォトクロミック色素は、透明状態から着色状態への遷移過程および着色状態から透明状態への遷移過程の両方を、後述する制御方法を用いることで遷移時間を短縮することができる。

フォトクロミック材料としては、有機材料であるフォトクロミック色素の他に、バリウムマグネシウムケイ酸塩やハロゲン化銀等の無機材料を用いてもよい。

調光層５１２は、上記フォトクロミック材料をポリマー等の母材に分散し、これを膜として、例えば表示層５１１上に成膜することで形成される。母材は、表示を損なわないために可視域に吸収を持たないことが好ましい。また、母材は、調光光（Ｌｃ）に対して吸収を持たないことが好ましい。一般に、フォトクロミック材料は、可視短波長領域から紫外領域に吸収を有する（例えば、図３参照）。母材に用いられる材料としては、例えば、ナイロン、ポリ乳酸、ポリアミド、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンオキシド、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルクロライド、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、ポリサルフォン、ポリビニルピロリドン、ポリビニリデンフロリド、ポリヘキサフルオロプロピレン、セルロースアセテート、コラーゲン、ゼラチン、キトサンおよびポリシロキサン等のポリマーまたはそれらのコポリマー等が挙げられる。この他、上記有機材料と、シリカ、アルミナ、チタニアまたはジルコニア等の無機材料とを組み合わせた有機無機ハイブリッド材料等が挙げられる。

調光層５１２は、フォトクロミック材料を、母材およびフォトクロミック材料からなる全体に対して重量比で０．０１％以上１０％以下の濃度で含有することが好ましく、より好ましくは、０．１％以上５％以下である。また、調光層５１２は、上記フォトクロミック材料を複数混合して用いるようにしてもよい。これにより、発色の色調を調整することが可能となり、例えば、可視域でフラットな吸収、即ち、黒色を実現することが可能となる。

表示層５１１と調光層５１２との間には、保護層５１３を設けることが好ましい。保護層５１３は、表示層５１１に対する調光光（Ｌｃ）の照射をカットして、調光光（Ｌｃ）の照射による表示層５１１の劣化（黄変）を防ぐためのものである。保護層５１３は、調光光（Ｌｃ）として用いられる紫外線（ＵＶ）や赤外線（ＩＲ）を選択的に吸収または反射する材料を用いて形成することが好ましい。このような材料としては、例えば、酸化亜鉛、酸化チタン等の散乱剤や、メトキシケイヒ酸オクチル（あるいはメトキシケイヒ酸エチルヘキシル）、ｔ－ブチルメトキシジベンゾイルメタン、オキシベンゾン－３、シアニン色素、フタロシアニン色素、スクアリリウム色素等の吸収剤が挙げられる。保護層５１３の厚みは、例えば１μｍ以上２００μｍ以下である。

（１－２．スクリーンの制御方法）
本実施の形態では、スクリーン５０を構成する調光層５１２の透過率または反射率を以下のようにして制御する。

図３は、フォトクロミック材料の一例であるＴＰＣ－００３３の吸収スペクトルを表したものである。調光光（Ｌｃ）は、表示画像に用いる波長領域とは異なる波長を用いることが好ましく、例えば４２０ｎｍ以下の波長の光を用いることが好ましい。

図４は、ＴＰＣ－００３３を例えば母材としてポリウレタンに分散して形成した調光層５１２に、吸収ピークである波長（励起光）として３６５ｎｍの波長を照射した際の励起光強度と応答速度との関係を表したものである。図４は、透明時の透過率を１とし、励起光の照射による最終的な到達透過率を０とした際の励起光を照射してから透過率が０．１となるまでの時間を表している。即ち、フォトクロミック材料を用いた調光層５１２は、励起光の強度を高くすればするほど応答時間が短くなることがわかる。

図５は、ＴＰＣ－００３３を例えば母材としてポリウレタンに分散して形成した調光層５１２に、励起光として３６５ｎｍの波長を照射した際の励起光強度と１秒後の調光層５１２の透過率との関係とを表したものである。図５から分かるように、フォトクロミック材料を用いた調光層５１２に調光光（Ｌｃ）を照射した場合の一定時間後の透過率は、調光光（Ｌｃ）の光強度が高くなるほど低下する。従って、調光層５１２の応答時間を短くするために高光強度の調光光（Ｌｃ）を照射し続けると所望の透過率とずれが生じることとなる。

本実施の形態では、調光光（Ｌｃ）として２種類の光強度（高光強度（第１制御光；Ｌｃ１）および低光強度（第２制御光；Ｌｃ２））を組み合わせて用いるようにした。ここで、第１制御光（Ｌｃ１）は、応答時間を短縮可能な光強度の高い調光光（Ｌｃ）であり、第２制御光（Ｌｃ２）は調光層５１２の透過率を保持可能な、第１制御光（Ｌｃ１）よりも光強度の低い強度の調光光（Ｌｃ）である。第１制御光（Ｌｃ１）および第２制御光（Ｌｃ２）はそれぞれ同じ波長であることが好ましい。これにより、調光光（Ｌｃ）の光源を１つとすることができ、投射部６０の小型化を図ることができる。

図６は、本実施の形態における第１制御光（Ｌｃ１）および第２制御光（Ｌｃ２）のスクリーン５０への光照射パターンの一例を表すタイミング図である。まず、高光強度の第１制御光（Ｌｃ１）を照射したのち、低光強度の第２制御光（Ｌｃ２）を連続的に照射する。これにより、調光層５１２が所望の透過率となるまでの時間（応答時間）が短縮される。

図７は、本実施の形態における第１制御光（Ｌｃ１）および第２制御光（Ｌｃ２）のスクリーン５０への光照射パターンの他の例を表すタイミング図である。調光層５１２の透過率を保持する第２制御光（Ｌｃ２）は、図７に示したように、第１制御光（Ｌｃ１）を照射して調光層５１２を所望の透過率としたのちに間欠的に照射することでも調光層５１２の透過率は保持される。

なお、調光層５１２の透過率を制御する制御光は、第１制御光（Ｌｃ１）および第２制御光（Ｌｃ２）の２種類に限定されず、例えば３種類以上の光強度の制御光を用いるようにしてもよい。例えば、図７における励起光強度０の区間において第２制御光（Ｌｃ２）よりもさらに低光強度の光（第３制御光）を照射するようにしてもよい。

本実施の形態の調光光（Ｌｃ）を出射する光源としては、例えば、レーザ、ＬＥＤ、ハロゲンランプ、蛍光ランプ、水銀ランプ、キセノンランプ、クリプトンランプ、メタルハライドランプ、ナトリウムランプおよびＨＩＤランプ等を用いることができる。上記光源の中でも、投射部６０の小型化、波長帯域および強度の制御性の観点からＬＥＤを用いることが好ましい。例えば、ピーク波長３６５ｎｍのＬＥＤでピーク強度の１０％となる波長は３５０ｎｍから３８０ｎｍ、ピーク波長４０５ｎｍのＬＥＤでピーク強度の１０％となる波長は３９０ｎｍから４２０ｎｍとなり、可視域とほとんど重なることなく、制御光として用いることが可能であるからである。

なお、調光光（Ｌｃ）は、異なる波長の光を複数種類組み合わせて用いるようにしてもよい。表１は各波長の励起光による応答時間を表したものである。調光光（Ｌｃ）として励起波長３６５ｎｍおよび励起波長４０５ｎｍを調光層５１２にそれぞれ照射した場合、励起波長３６５ｎｍの方が低い強度で短い応答時間が得られることがわかる。このことから、第１制御光（Ｌｃ１）および第２制御光（Ｌｃ２）には、波長の異なる励起光を用いることでも調光層５１２が所望の透過率となるまでの時間（応答時間）を短縮させることが可能となる。

（１－３．投射型表示装置の構成）
本実施の形態の投射型表示装置１は、上記のように、光源装置１０と、照明光学系２０と、画像形成部３０と、投射光学系４０と、上述したスクリーン５０とを順に備えている。なお、照明光学系２０および画像形成部３０が、本開示の画像生成光学系の一具体例に相当する。図１に示した投射型表示装置１は、透過型の液晶パネル（液晶パネル３１２Ｒ，３１２Ｇ，３１２Ｂ）により光変調を行う透過型３ＬＣＤ（liquid crystal display）方式の投射型表示装置を例示しているがこれに限らない。例えば、反射型の液晶パネルにより光変調を行う反射型３ＬＣＤ方式の投射型表示装置として構成するようにしてもよい。

なお、本実施の形態の投射型表示装置１は、透過型の液晶パネルや反射型の液晶パネルの代わりに、例えば、ＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon）、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーあるいはデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ：Digital Micro-mirror Device）等を用いたプロジェクタにも適用され得る。

光源装置１０には、カラー画像表示に必要とされる、赤色光（Ｒ）、青色光（Ｂ）および緑色光（Ｇ）を含んだ白色光を発する光源が配置されている。本実施の形態では、光源装置１０には、調光光（Ｌｃ）として、さらにＲＧＢ以外の光（例えば、ＵＶ）を発する光源が配置されている。これらの光源は、例えば、ハロゲンランプ、メタルハライドランプまたはキセノンランプ等により構成されている。また、例えば半導体レーザ（ＬＤ）または発光ダイオード（ＬＥＤ）等の固体光源を用いてもよい。この調光用の光源は、カラー画像表示用の光源の光学系を併用しており、これにより、画像光（Ｌｉ）による表示画像と調光光（Ｌｃ）による画像との位置合わせが容易になると共に、投射型表示装置１の構造が単純化される。

照明光学系２０は、例えば、ダイクロイックミラー２１１，２１２，２１３と、全反射ミラー２１４，２１５，２１６，２１７とを有する。

ダイクロイックミラー２１１は、光源の光路上に配置されており、光源装置１０から射出された光（Ｒ，Ｇ，Ｂ，ＵＶ）を、紫外線（ＵＶ）とその他の光（Ｒ，Ｇ，Ｂ）とに分離する機能を有している。ダイクロイックミラー２１２は、同じく、光源の光路上に配置されており、ダイクロイックミラー２１１を通過した光（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を、赤色光（Ｒ）とその他の光（Ｇ，Ｂ）とに分離する機能を有している。ダイクロイックミラー２１３は、同じく、光源の光路上に配置されており、ダイクロイックミラー２１２を通過した光（Ｇ，Ｂ）を、緑色光（Ｇ）とその他の光（Ｂ）とに分離する機能を有している。

全反射ミラー２１４は、ダイクロイックミラー２１１で反射された紫外線（ＵＶ）の光路上に配置されており、ダイクロイックミラー２１１で反射された紫外線（ＵＶ）を偏光板２１８に向けて反射するようになっている。全反射ミラー２１５は、ダイクロイックミラー２１２で反射された赤色光（Ｒ）の光路上に配置されており、ダイクロイックミラー２１２で反射された赤色光（Ｒ）を偏光板３１１Ｒに向けて反射するようになっている。全反射ミラー２１６は、ダイクロイックミラー２１３を通過した青色光（Ｂ）の光路上に配置されており、ダイクロイックミラー２１３を通過した青色光（Ｂ）を全反射ミラー２１７に向けて反射するようになっている。全反射ミラー２１７は、全反射ミラー２１６によって反射された青色光（Ｂ）の光路上に配置されており、この青色光（Ｂ）を偏光板３１１Ｂに向けて反射するようになっている。

画像形成部３０は、偏光板３１１Ｒ，３１１Ｇ，３１１Ｂと、液晶パネル３１２Ｒ，３１２Ｇ，３１２Ｂと、偏光板３１３Ｒ，３１３Ｇ，３１３Ｂと、ダイクロイックプリズム３１４とを有する。

偏光板３１１Ｒは、赤色光（Ｒ）の光路上に配置されており、偏光分離面において、入射した赤色光（Ｒ）を互いに直交する２つの偏光成分に分離する機能を有している。偏光板３１１Ｇは、緑色光（Ｇ）の光路上に配置されており、偏光分離面において、入射した緑色光（Ｇ）を互いに直交する２つの偏光成分に分離する機能を有している。偏光板３１１Ｂは、青色光（Ｂ）の光路上に配置されており、偏光分離面において、入射した青色光（Ｂ）を互いに直交する２つの偏光成分に分離する機能を有している。各偏光分離面は、一方の偏光成分（例えばＳ偏光成分）を反射し、他方の偏光成分（例えばＰ偏光成分）を透過するようになっている。

液晶パネル３１２Ｒ，３１２Ｇ，３１２Ｂは、透過型の液晶パネルであり、入力された画像信号に基づいて入射光を変調することにより、各色の画像光を生成するものである。液晶パネル３１２Ｒは、偏光板３１１Ｒの偏光分離面において反射された赤色光（Ｒ）の光路上に配置されている。液晶パネル３１２Ｒは、例えば、赤色の画像信号に応じてパルス幅変調（ＰＷＭ）されたデジタル信号によって駆動され、それによって入射光を変調させると共に、その変調光を偏光板３１３Ｒに向けて透過する機能を有している。液晶パネル３１２Ｇは、偏光板３１１Ｇの偏光分離面において反射された緑色光（Ｇ）の光路上に配置されている。液晶パネル３１２Ｇは、例えば、緑色の画像信号に応じてパルス幅変調（ＰＷＭ）されたデジタル信号によって駆動され、それによって入射光を変調させると共に、その変調光を偏光板３１３Ｇに向けて透過する機能を有している。液晶パネル３１２Ｂは、偏光板３１１Ｂの偏光分離面において反射された青色光Ｂの光路上に配置されている。液晶パネル３１２Ｂは、例えば、青色の画像信号に応じてパルス幅変調（ＰＷＭ）されたデジタル信号によって駆動され、それによって入射光を変調させると共に、その変調光を偏光板３１３Ｂに向けて透過する機能を有している。

偏光板３１３Ｒ，３１３Ｇ，３１３Ｂは、上記偏光板３１１Ｒ，３１１Ｇ，３１１Ｂと同様に、各液晶パネル３１２Ｒ，３１２Ｇ，３１２Ｂを透過した各色光（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の光路上に配置されており、偏光分離面において、入射した色光（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を互いに直交する２つの偏光成分に分離する機能を有している。各偏光分離面は、一方の偏光成分（例えばＳ偏光成分）を反射し、他方の偏光成分（例えばＰ偏光成分）を透過してダイクロイックプリズム３１４に入射させる。

ダイクロイックプリズム３１４は、３つの方向から入射した赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）および青色光（Ｂ）を重ね合わせて合成し、合成した画像光（Ｌｉ）を投射光学系４０に向けて出射する。

全反射ミラー２１４によって偏光板２１８に反射された紫外線（ＵＶ）は、偏光板２１８の偏光分離面において、互いに直交する２つの偏光成分に分離され、一方の偏光成分（例えばＳ偏光成分）を反射し、他方の偏光成分（例えばＰ偏光成分）を透過するようになっている。

液晶パネル２１９は、液晶パネル３１２Ｒ，３１２Ｇ，３１２Ｂと同様に、透過型の液晶パネルであり、入力された画像信号に基づいて入射光を変調することにより、調光光（Ｌｃ）を生成するものである。この液晶パネル２１９が、本開示の光空間変調素子の一具体例に相当する。液晶パネル２１９は、偏光板２１８の偏光分離面において反射された紫外線（ＵＶ）の光路上に配置されている。なお、調光光用の光の変調には、例えばＤＬＰ（digital light processing）等のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を用いるようにしてもよい。特に、調光光（Ｌｃ）として紫外線（ＵＶ）を用いる場合には、液晶パネルの劣化が懸念されるため、紫外線（ＵＶ）による影響の少ないＭＥＭＳを用いることが好ましい。

偏光板２２０は、液晶パネル２１９を透過した紫外線（（ＵＶ），調光光（Ｌｃ））の光路上に配置されており、偏光分離面において、入射した紫外線（ＵＶ）を互いに直交する２つの偏光成分に分離する機能を有している。各偏光分離面は、一方の偏光成分（例えばＳ偏光成分）を反射し、他方の偏光成分（例えばＰ偏光成分）をダイクロイックミラー２２１に向けて透過する。

ダイクロイックミラー２２１は、画像光（Ｌｉ）および調光光（Ｌｃ）の光路上に配置されており、画像光（Ｌｉ）を透過すると共に、調光光（Ｌｃ）を反射して、画像光（Ｌｉ）および調光光（Ｌｃ）を投射光学系４０に向けて出射する。

投射光学系４０は、投射レンズ４１１を含む複数のレンズを有し、ダイクロイックプリズム３１４によって合成された画像光（Ｌｉ）およびダイクロイックミラー２２１によって反射された調光光（Ｌｃ）を拡大してスクリーン５０へ投射する。

図８は、投射型表示装置１におけるスクリーン５０と、光源装置１０、照明光学系２０、画像形成部３０および投射光学系４０を含む投射部６０との位置関係の一例を模式的に表したものである。図９および図１０は、スクリーン５０と、投射部６０との構成を表したものである。

図９に示したスクリーンはリアスクリーン５０Ａであり、投射部６０はリアスクリーン５０Ａの背面となる面Ｓ２側に設置される。リアスクリーン５０Ａでは、面Ｓ２側から画像光（Ｌｉ）および調光光（Ｌｃ）を投射し、投射された画像光（Ｌｉ）は表示層５１１で面Ｓ１側に反射され、画像を前面（面Ｓ１）側から視聴する。

図１０に示したスクリーンはフロントスクリーン５０Ｂであり、投射部６０は、リアスクリーン５０Ａと同様に、フロントスクリーン５０Ｂの面Ｓ２側に設置される。フロントスクリーン５０Ｂでは、面Ｓ２側が観察者と相対する前面となる。フロントスクリーン５０Ｂでは、面Ｓ２側から画像光（Ｌｉ）および調光光（Ｌｃ）を投射し、投射された画像光（Ｌｉ）は表示層５１１で面Ｓ２側に反射され、画像を面Ｓ２側から視聴する。

可視域全体で反射する投射スクリーンの場合には、調光層５１２は観察者側に形成することが好ましい。透明スクリーンやハーフミラーの場合は観察者側もしくはその逆側に形成することが好ましい。これにより、所望の黒輝度の低下を実現することが可能である。なお、いずれのスクリーン（５０Ａ，５０Ｂ）においても、図２に示したスクリーン５０と同様の構成を有する。

また、投射型表示装置１では、調光光（Ｌｃ）として紫外線（ＵＶ）や赤外線（ＩＲ）を用いる場合には、図１０に示したように、投射部６０を、例えばスクリーン５０に連続する遮蔽部材７０によって囲まれていることが好ましい。遮蔽部材７０は、例えば調光光（Ｌｃ）として用いられている光（特に、ＵＶやＩＲ）を吸収するフィルム等によって構成することが好ましい。これにより、紫外線（ＵＶ）や赤外線（ＩＲ）の迷光による外部の物体等へ影響を低減することが可能となる。

また、画像光（Ｌｉ）用の光源と、調光光（Ｌｃ）用の光源は、必ずしも共通の光学系を用いる必要はない。画像光（Ｌｉ）による表示画像と調光光（Ｌｃ）による画像との位置合わせがされていれば、投射型表示装置１は、図１２に示したように、画像光（Ｌｉ）用の光源の光学系を有する画像光（Ｌｉ）用の投射部６０Ａと、画像光（Ｌｉ）用の光源の光学系とは異なる光学系を有する調光光（Ｌｃ）用の投射部６０Ｂとを用いるようにしてもよい。

更に、図１２では、投射部６０Ａ，６０Ｂをスクリーン５０の同一面（例えば、面Ｓ１）側に配置した例を示したがこれに限らない。例えば、表示部材５１０が透過スクリーンやハーフミラーによって構成されている場合には、投射部６０Ａ，６０Ｂの一方をスクリーン５０の面Ｓ１側に、他方をスクリーン５０の面Ｓ２側に配置するようにしてもよい。

（１－４．作用・効果）
前述したように、一般的なプロジェクタを用いた映像表示では、明るい環境下におけるコントラストの低下、即ち、視認性の低下が問題となっている。これは、背景輝度がスクリーンの黒輝度となるからであり、特に、透明なスクリーンでは、その傾向が顕著となる。例えば、図１３に示したように、透明なスクリーンに、例えば人物画像を投射した場合、背景が透け、特に黒色部分は背景に埋もれた状態となる。黒輝度を背景輝度よりも低下させることができれば、明るい場所でもプロジェクタによる映像を観察することができるようになり、プロジェクタデバイスの活用範囲が拡大する。

表示に合わせて所望の領域を背景輝度よりも暗くする方法としては、ＴＦＴ等のアクティブ素子を用いてスクリーンを形成することが考えられる。しかしながら、その場合、コストの増加やサイズの制限等が生じ、表示サイズの任意性というプロジェクタの長所が低下する。更に、透明スクリーンにおいては、透過率の低下の要因となる。例えば、透明ＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）ディスプレイでは、発光部を配線上に配置する等して透過率を高めた場合でも、その透過率は５０％程度となる。プロジェクタの投射スクリーンではそれ以上の透過率が求められる。この他、透過状態と散乱状態とを切り替えることができる液晶領域の外側に、透過状態と着色状態とを切り替えることができる液晶領域を配置することでコントラスト感を高めたスクリーンも開発されている。

このように、プロジェクタの特徴である、投射サイズの任意性を担保しながら、所望の領域を環境輝度以下の輝度に低下させることが可能なスクリーンおよびこれを備えた投射型表示装置の開発が求められている。

本実施の形態の投射型表示装置１では、スクリーン５０として、励起光の照射によって着色（発色）するフォトクロミック材料を含む表示部材５１０を形成するようにした。但し、フォトクロミック材料の応答速度は遅く、例えば透明状態から着色状態に至るまでに秒乃至分オーダーの時間を要する。特に、黒輝度の中間調に至るまでの時間では顕著である。このため、動画フレームレート程度の応答速度を実現し、且つ、その着色濃度を所望の階調レベルに到達させることが可能な制御方法の開発が求められる。

これに対して本実施の形態では、フォトクロミック材料の励起光（調光光（Ｌｃ））として、例えば２種類の光強度の励起光（第１制御光（Ｌｃ１）および第２制御光（Ｌｃ２））を用いるようにした。具体的には、スクリーン５０に、より高強度な第１制御光（Ｌｃ１）を照射したのち、第１制御光（Ｌｃ１）よりも低強度な第２制御光（Ｌｃ２）を連続的あるいは間欠的に照射するようにした。これにより、フォトクロミック材料の着色速度を向上させることが可能となる。

以上により、本実施の形態の投射型表示装置１では、光によってスクリーン５０の可視光の透過率または反射率を変化させる着色材料としてフォトクロミック材料を用い、フォトクロミック材料を含むスクリーン５０の透過率または反射率を変化させる光（調光光（Ｌｃ））として２種類の光強度を用い、順に照射するようにした。具体的には、まず、より高強度な第１制御光（Ｌｃ１）を照射したのち、第１制御光（Ｌｃ１）よりも低強度な第２制御光（Ｌｃ２）を連続的あるいは間欠的に照射するようにした。これにより、フォトクロミック材料を素早く着色することが可能となり、動画フレームレートに対応する応答速度を実現することが可能となる。また、フォトクロミック材料の着色によって変化したスクリーン５０の透過率状態を保持することが可能となる。よって、スクリーン５０の所望の領域、特に、投射画像の黒色部分の黒輝度を環境輝度以下にすることが可能となり、表示画像のコントラストを向上させることが可能となる。例えば、透明スクリーンにおいても図１４に示したように、背景が透けることなく画像を表示することが可能となる。即ち、表示品位に優れたスクリーン５０およびこれを備えた投射型表示装置１を提供することが可能となる。

次に、本開示の変形例について説明する。以下では、上記実施の形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。

＜２．変形例＞
（２－１．変形例１）
図１５は、本開示の変形例１に係るスクリーン８０の断面構成を表したものである。本変形例のスクリーン８０は、上記実施の形態における表示層５１１と調光層５１２とを一体化した表示部材８１０によって構成されたものである。

本変形例の表示部材８１０は、例えば散乱剤と、上述したフォトクロミック材料を用いて形成することができる。これにより、スクリーン８０は単層構造となり、上記実施の形態の効果に加えて、スクリーン製造の工程数を削減することが可能となるという効果を奏する。また、製造歩留まりを向上させることが可能となる。

（２－２．変形例２）
図１６は、本開示の変形例２に係るスクリーン９０の断面構成を表したものである。本変形例のスクリーン９０は、表示部材９１０を表示層５１１に、上記実施の形態における調光層５１２と保護層５１３とを一体化した調光層９１２を積層した構成をしたものである。

本変形例の調光層９１２は、調光光（Ｌｃ）を吸収して透過率または反射率が変化する調光機能と、調光光（Ｌｃ）として紫外線（ＵＶ）や赤外線（ＩＲ）を用いた場合の表示層５１１の劣化を防ぐ保護機能とを有するものである。調光層９１２は、例えば上述したフォトクロミック材料と、例えば、酸化亜鉛、酸化チタン等の散乱剤や、メトキシケイヒ酸オクチル（あるいはメトキシケイヒ酸エチルヘキシル）、ｔ－ブチルメトキシジベンゾイルメタン、オキシベンゾン－３、シアニン色素、フタロシアニン色素、スクアリリウム色素等の吸収剤とを含む高分子材料を用いて形成することができる。これにより、変形例１と同様に、上記実施の形態における効果に加えて、スクリーン製造の工程数を削減することが可能となるという効果を奏する。また、製造歩留まりを向上させることが可能となる。

なお、本技術は以下のような構成を取ることも可能である。
（１）
光によって可視光の透過率または反射率が変化すると共に、フォトクロミック材料を含む表示部材に、各々が３５０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下または７００ｎｍ以上２．５μｍ以下の波長を有する、前記フォトクロミック材料の透明状態から着色状態への遷移過程を行わせる第１制御光を照射したのち、前記第１制御光よりも光強度の低い前記表示部材の透過率または反射率を保持するための第２制御光を照射する
投射スクリーンの制御方法。
（２）
光空間変調素子をさらに備え、
前記光空間変調素子を用いて前記表示部材への前記第１制御光および前記第２制御光の照射領域を制御する、前記（１）に記載の投射スクリーンの制御方法。
（３）
前記表示部材に前記第１制御光を所定の時間照射したのち、前記第２制御光を前記表示部材に連続的に照射する、前記（１）または（２）に記載の投射スクリーンの制御方法。
（４）
前記表示部材に前記第１制御光を所定の時間照射したのち、前記第２制御光を前記表示部材に間欠的に照射する、前記（１）または（２）に記載の投射スクリーンの制御方法。
（５）
前記表示部材は、画像を表示する表示層と、透過率および反射率が変化すると共に、前記フォトクロミック材料を含む調光層とを有し、
前記第１制御光および前記第２制御光によって前記調光層の透過率および反射率を変化させる、前記（１）乃至（４）のうちのいずれかに記載の投射スクリーンの制御方法。

なお、本技術は以下のような構成を取ることも可能である。
（１）
光によって可視光の透過率または反射率が変化すると共に、フォトクロミック材料を含む表示部材に、光強度が異なる第１制御光および第２制御光を順に照射する
投射スクリーンの制御方法。
（２）
前記第１制御光および第２制御光として４２０ｎｍ以下の波長を用いる、前記（１）に記載の投射スクリーンの制御方法。
（３）
光空間変調素子をさらに備え、
前記光空間変調素子を用いて前記表示部材への前記第１制御光および前記第２制御光の照射領域を制御する、前記（１）または（２）に記載の投射スクリーンの制御方法。
（４）
前記第１制御光の光強度は前記第２制御光の光強度よりも高い、前記（１）乃至（３）のうちのいずれかに記載の投射スクリーンの制御方法。
（５）
前記表示部材に前記第１制御光を照射したのち前記第２制御光を照射する、前記（１）乃至（４）のうちのいずれかに記載の投射スクリーンの制御方法。
（６）
前記表示部材に前記第１制御光を所定の時間照射したのち、前記第２制御光を前記表示部材に連続的に照射する、前記（１）乃至（５）のうちのいずれかに記載の投射スクリーンの制御方法。
（７）
前記表示部材に前記第１制御光を所定の時間照射したのち、前記第２制御光を前記表示部材に間欠的に照射する、前記（１）乃至（５）のうちのいずれかに記載の投射スクリーンの制御方法。
（８）
前記表示部材は、画像を表示する表示層と、透過率および反射率が変化すると共に、前記フォトクロミック材料を含む調光層とを有し、
前記第１制御光および前記第２制御光によって前記調光層の透過率および反射率を変化させる、前記（１）乃至（７）のうちのいずれかに記載の投射スクリーンの制御方法。
（９）
光源装置と、
入力された画像信号に基づいて前記光源装置からの光を変調することにより画像光を生成する画像生成光学系と、
前記画像生成光学系で生成された画像光を投射する投射光学系と、
前記投射光学系から投射された前記画像光を表示する投射スクリーンとを備え、
前記投射スクリーンは、光によって可視光の透過率または反射率が変化すると共に、フォトクロミック材料を含む表示部材を有し、
前記光源装置は、光強度が異なる第１制御光および第２制御光を出射する第１光源部を有する
投射型表示装置。
（１０）
前記表示部材は、正対視において可視域の波長に対して光透過性を有する、前記（９）に記載の投射型表示装置。
（１１）
前記表示部材は、画像を表示する表示層と、透過率および反射率が変化すると共に、前記フォトクロミック材料を含む調光層とを有する、前記（９）または（１０）に記載の投射型表示装置。
（１２）
前記調光層は、高分子材料を母材として前記高分子材料中に前記フォトクロミック材料を重量比で０．０１％以上１０％以下の割合で含有している、前記（１１）に記載の投射型表示装置。
（１３）
前記表示部材は、前記表示層と前記調光層との間に、前記第１制御光および前記第２制御光を吸収または反射する保護層を有する、前記（１１）または（１２）に記載の投射型表示装置。
（１４）
前記表示層は、ホログラム、ハーフミラー、表面プラズモン粒子、コレステリック液晶およびフレネルレンズのいずれかによって構成されている、前記（１１）乃至（１３）のうちのいずれかに記載の投射型表示装置。
（１５）
前記光源装置は、前記画像光を生成する光源として、前記第１制御光および前記第２制御光とは異なる波長の光を出射する第２光源部を有する、前記（９）乃至（１４）のうちのいずれかに記載の投射型表示装置。
（１６）
前記第１制御光および前記第２制御光は、前記画像光と共通の光学系を用いる、前記（９）乃至（１５）のうちのいずれかに記載の投射型表示装置。

本出願は、日本国特許庁において２０１８年３月３０日に出願された日本特許出願番号２０１８－０６７３１３号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願の全ての内容を参照によって本出願に援用する。

当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims

光によって可視光の透過率または反射率が変化すると共に、フォトクロミック材料を含む表示部材に、各々が３５０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下または７００ｎｍ以上２．５μｍ以下の波長を有する、前記フォトクロミック材料の透明状態から着色状態への遷移過程を行わせる第１制御光を照射したのち、前記第１制御光よりも光強度の低い前記表示部材の透過率または反射率を保持するための第２制御光を照射する
投射スクリーンの制御方法。
光空間変調素子をさらに備え、
前記光空間変調素子を用いて前記表示部材への前記第１制御光および前記第２制御光の照射領域を制御する、請求項１に記載の投射スクリーンの制御方法。
前記表示部材に前記第１制御光を所定の時間照射したのち、前記第２制御光を前記表示部材に連続的に照射する、請求項１に記載の投射スクリーンの制御方法。
前記表示部材に前記第１制御光を所定の時間照射したのち、前記第２制御光を前記表示部材に間欠的に照射する、請求項１に記載の投射スクリーンの制御方法。
前記表示部材は、画像を表示する表示層と、透過率および反射率が変化すると共に、前記フォトクロミック材料を含む調光層とを有し、
前記第１制御光および前記第２制御光によって前記調光層の透過率および反射率を変化させる、請求項１に記載の投射スクリーンの制御方法。