(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像が光投射装置によって投射されるスクリーンを備えるプロジェクト用表示装置であって、
対向する面に透明電極を形成した２枚の透明部材と、該２枚の透明部材に挟まれると共に入射した光強度に応じてインピーダンスが変化する感光層と、前記２枚の透明部材に挟まれると共に印加された電圧に応じて光学特性が変化する液晶層と、前記投射された画像の光を散乱する散乱部材とを有し、
前記投射された画像の光強度に応じた前記インピーダンスの変化により生じる分極によって前記液晶層に電界を形成し、前記画像が投射される各部の反射率又は透過率を変化させるスクリーンを備え、
前記投射された画像の光の前記散乱部材による散乱光を観察可能としたことを特徴とするプロジェクト用表示装置。
【請求項２】
前記液晶層は、印加された電圧に応じて偏光特性が変化する液晶を有することを特徴とする請求項１記載のプロジェクト用表示装置。
【請求項３】
前記散乱部材は、前記液晶層であることを特徴とする請求項１記載のプロジェクト用表示装置。
【請求項４】
前記液晶層は、印加された電圧に応じて光散乱特性が変化する高分子分散型液晶を有することを特徴とする請求項３記載のプロジェクト用表示装置。
【請求項５】
前記スクリーンは、前記２枚の透明部材のうち画像が投射される第１透明部材の反対側に配置される第２透明部材の近傍に光吸収層を備えることを特徴とする請求項４記載のプロジェクト用表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロジェクト用表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プロジェクト用表示装置として、投射スクリーンが広く知られている。この種の投射スクリーンは、単に反射率の高い純白の素材からなり、プロジェクター本体からの画像が投影される投射面に配置される。また、これに改良を加えたものとして、微小なビーズ玉を利用して特定方向への反射率を高め、幾分でも投射される映像のコントラストを大きくしようとするものが存在する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、プロジェクターの画像改善の努力は、そのほとんどが、プロジェクター本体に対してのみなされており、投射スクリーンの改善の努力はほとんどなされていない。すなわち、カメラにとってフィルムがレンズや本体以上に重要であるように、映像を投射することには、投射スクリーンがプロジェクター本体と同様の重要性を持つにもかかわらず、投射スクリーンの本質的な改善を試みようとする努力は事実上なされていなかった。
【０００４】
従来の投射スクリーンを使用すると、日中の屋外はもちろんのこと、屋内においても照明がなされる限り、投射スクリーン上の画像が白っぽく不鮮明に映し出されてしまう。これは、画像の最も暗い部分（黒レベル）が、照明等の外光に照らしだされた投射スクリーンの純白の明るさに一致するためである。この理由から、鮮やかな画像を得るには、映像を投射する際に外光が投射スクリーンのスクリーン面にあたらないように部屋を遮光し、強力な光で映像を映し出す必要があった。こうしたやり方は、基本的に前世紀から続く映画の投射方法と条件的に全く変わるところがない。
【０００５】
しかしながら、投射スクリーンを設置する部屋の遮光は設備の大型化を招く。家庭で大画面映像を鑑賞すること、すなわち大画面への要求はあるにもかかわらず、各家庭にこうした小映画館のような設備を設けることは容易でない。また、仮に小映画館のような設備を設けたとしても、今までのテレビが持つ手軽さがないため、見ることへの心理的な障壁が実際に存在することになる。つまり、大画面映像を見るには決心が必要で、さらに見るための段取りに取り掛からなければならない。この事情が大画面のプロジェクターの普及を阻害している。
【０００６】
そこで、本発明は、大画面映像を簡易な設備で鮮明に映し出すことができるプロジェクト用表示装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のプロジェクト用表示装置は、画像が光投射装置によって投射されるスクリーンを備えるものであって、対向する面に透明電極を形成した２枚の透明部材と、該２枚の透明部材に挟まれると共に入射した光強度に応じてインピーダンスが変化する感光層と、前記２枚の透明部材に挟まれると共に印加された電圧に応じて光学特性が変化する液晶層と、前記投射された画像の光を散乱する散乱部材とを有し、前記投射された画像の光強度に応じた前記インピーダンスの変化により生じる分極によって前記液晶層に電界を形成し、前記画像が投射される各部の反射率又は透過率を変化させるスクリーンを備え、前記投射された画像の光の前記散乱部材による散乱光を観察可能としたことを特徴とする。
【０００８】
上記プロジェクト用表示装置では、前記スクリーンが、対向する面に透明電極を形成した２枚の透明部材と、該２枚の透明部材に挟まれると共に入射した光強度に応じてインピーダンスが変化する感光層と、前記２枚の透明部材に挟まれると共に印加された電圧に応じて光学特性が変化する液晶層と、前記投射された画像の光を散乱する散乱部材とを有し、前記投射された画像の光強度に応じた前記インピーダンスの変化により生じる分極によって前記液晶層に電界を形成し、前記画像が投射される各部の反射率又は透過率を変化させるスクリーンを備え、前記投射された画像の光の前記散乱部材による散乱光を観察可能としたことで、従来のように受動的に投射画像の像光を散乱するだけでなく、スクリーンから出射する像光の明暗を能動的に調節することができ、外光が像光に影響してこれを不鮮明にするといった現象を低減できる。
【０００９】
また、好ましい態様では、前記液晶層は、印加された電圧に応じて偏光特性が変化する液晶を有することを特徴とする。
【００１０】
上記態様では、前記液晶層は、印加された電圧に応じて偏光特性が変化する液晶を有するので、簡易な構造によって画像が投射されるスクリーン各部の反射率又は透過率を投射画像の光強度に応じて適宜変化させることができる。
【００１１】
また、好ましい態様では、前記散乱部材は、前記液晶層であることを特徴とする。
また、好ましい態様では、前記液晶層は、印加された電圧に応じて光散乱特性が変化する高分子分散型液晶を有することを特徴とする。
【００１２】
上記態様では、前記液晶層は、印加された電圧に応じて光散乱特性が変化する高分子分散型液晶を有するので、簡易な構造によって画像が投射されるスクリーン各部の反射率又は透過率を投射画像の光強度に応じて適宜変化させることができる。
【００１３】
また、好ましい態様では、前記スクリーンは、前記２枚の透明部材のうち画像が投射される第１透明部材の反対側に配置される第２透明部材の近傍に光吸収層を備えることを特徴とする。
【００１４】
上記態様では、前記スクリーンは、前記２枚の透明部材のうち画像が投射される第１の透明部材の反対側に配置される第２の透明部材の近傍に光吸収層を備えるので、感光層への強い光入射によって高分子分散型液晶層が散乱特性を示す場合、スクリーンで反射される像光の強度が高まり、感光層への弱い光入射によって高分子分散型液晶層が透過特性を示す場合、スクリーンで反射される像光の強度が低くなり、観察画像を鮮明なものとすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態のプロジェクト用表示装置を組み込んだプロジェクター装置の構造を概念的に説明する図である。
【００１６】
このプロジェクター装置は、投射面に画像を投射するためのプロジェクター本体２と、投射面に配置されるとともにプロジェクター本体２によって形成される画像が投射されるプロジェクト用表示装置であるスクリーン４とを備える。なお、このプロジェクター装置は、遮光された空間に配置する必要がなく、家庭の居間、野外等に配置することができる。
【００１７】
プロジェクター本体２としては、例えば電気信号等に応じて変化する画像を投影可能な液晶プロジェクターとすることができるが、スライドプロジェクターのようにスクリーン４と共役な位置に画像フィルムを交換可能に配置するものとすることもできる。
【００１８】
スクリーン４は、感光層と高分子分散型液晶とを積層した構造となっており、スクリーン４に投影される画像の明度の分布に応じて各部の反射率が変化するようになっている。具体的には、明るい画像が投影された部分で反射率が増加し、暗い画像が投影された部分で反射率が低下するようになっている。
【００１９】
図２は、スクリーン４の断面構造を模式的に説明する図である。このスクリーン４は、積層配置された感光層４０と高分子分散型液晶層４１とを、ともに板硝子からなる第１透明部材４３と第２透明部材４４とで挟んだ構造となっている。第１透明部材４３の感光層４０側の表面には、ＩＴＯ（インジウム・スズ・酸化物）からなる非常に薄い透明電極層４５が一様に形成されており、感光層４０に密着している。第２透明部材４４の高分子分散型液晶層４１側の表面にも、ＩＴＯからなる非常に薄い透明電極層４６が一様に形成されており、高分子分散型液晶層４１に密着している。第２透明部材４４の外側面、すなわち高分子分散型液晶層４１とは反対側の面には、黒い塗料や黒いシート等からなる光吸収層４７が設けられている。
【００２０】
感光層４０は、例えばＣｄＴｅとＣｄＳｅの混合体を使用でき、２〜３μｍ程度の厚みとしている。この感光層４０は、入射光の強度に応じて誘電率が変化し、明るい光が入射した位置では大きな分極が生じ、暗い光が入射した位置または光が入射しない位置では高インピーダンスのままで分極が生じない。また、この感光層４０は、実効的に透明であり、後方に光を透過させる。ここで、透明とは、スクリーン４に投影される画像の可視光の波長に関してであり、インピーダンスの変化に利用される波長帯は、投射される可視光のほんの一部であってよく、さらに可視光以外の光線であってもよい。
【００２１】
なお、感光層４０の材料として、上記ＣｄＴｅ：ＣｄＳｅ混合体の代わりに、ａ−Ｓｉ（２０μｍ程度の薄膜）、ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ、Ｓｅ、Ｓｅ：ＣｄＳ混合体等を使用できる。
【００２２】
高分子分散型液晶層４１は、ネマチック液晶を高分子中に分散させた高分子・液晶複合材料からなり、１０μｍ程度の厚みとしている。この高分子分散型液晶層４１は、電界効果によって液晶の屈折率を変化させて散乱度を変化させるものである。ここで、高分子分散型液晶層４１は、電界を加えると白濁した状態となり、電界を加えないと高い光透過性を示すリバースタイプとなっている。
【００２３】
図２のスクリーン４の作製ついて簡単に説明する。まず、第１透明部材４３の材料となる平行平板ガラスを準備し、感光層４０側となるべき表面にＩＴＯで透明電極層４５を形成する。次に、透明電極層４５上に感光層４０を一定の厚さで塗布する。次に、平行平板ガラスからなる第２透明部材４４を準備し、第２透明部材４４の片面にもＩＴＯで透明電極層４６を形成する。次に、第２透明部材４４の表面に形成されている透明電極層４６上にスペーサとなるビーズを適当に配置し、感光層４０を下側にして第１透明部材４３で挟み込み、液晶材注入口を残して両透明部材４３、４４の周囲を接着剤等で固定する。その後、液晶材注入口から透明部材４３、４４に挟まれた空間を排気し、この空間に液晶とモノマーとの混合液を注入した後、紫外線照射により高分子のネットワークを形成する。次に、第２透明部材４４の外側面に、黒い塗料を塗布して光吸収層４７を形成する。これにより、図２に示すようなスクリーン４が完成する。
【００２４】
図３は、図２のスクリーン４の動作を概念的に説明する図である。感光層４０と高分子分散型液晶層４１には、両透明電極層４５、４６（図２参照）によって交流電圧が一様に印加される。この電圧は、感光層４０が無いとしたときに高分子分散型液晶層４１を駆動するのに十分な電圧に設定されている。
【００２５】
スクリーン４に画像を投射すると、感光層４０にその画像が結像する。ここで、感光層４０とその下部に充填されている高分子分散型液晶層４１とを含めた厚さは、１０から１００μｍ程度であり、スクリーン４全体の大きさを考えると、感光層４０に結像していることは、実効的に高分子分散型液晶層４１に結像していることに等しい。感光層４０は、入射光の光強度に応じて分極する特性を有し、光があたらない限り高いインピーダンスを保ち分極がほとんど生じないが、光があたるとその部分のインピーダンスが低下して大きな分極が生じ、光強度にほぼ比例した電界を高分子分散型液晶層４１に形成できるようになっている。すなわち、スクリーン４の特定領域にある強度の光束が入射すると、感光層４０は光強度に逆比例してインピーダンスが減少し、高分子分散型液晶層４１には光強度にほぼ比例した電界が形成される。この結果、明るい画像が投影された領域に対応する高分子分散型液晶層４１の領域では白濁が生じ、ここからの散乱光の強度は、入射光束の２乗に比例したものとなる。なお、ある程度白濁した或いは透明な高分子分散型液晶層４１を通過した光束は、第２透明部材４４を透過して光吸収層４７に吸収されるので、スクリーン４からの反射光を観察する際に画像を劣化させる原因とはならない。
【００２６】
以上の現象を分かりやすく説明すると、上記実施形態のスクリーン４では、光の当たった部分は白く従来のスクリーンと同じになり、光の当たらない部分は黒いままである。言い換えると、スクリーン４自体の反射率を制御してスクリーン４のガンマ（光入射強度−散乱度の関係）を変化させることにより、彩度を低下させる原因となっている背景光の影響をなくすこととしている。この結果、本実施形態のスクリーン４への投影では、背景光によるオフセットの問題が根本的に解決される。
【００２７】
なお、上記実施形態のスクリーン４では、観察される投影像の光強度が通常のスクリーンと異なり非線形になるけれども、もともと人間の光強度の観察感度は対数的になっているので、多少の非線形性がそのまま画像の劣化には結び付くことはない。
【００２８】
図４は、プロジェクター本体２によってスクリーン４上に投影される元画像の光強度とスクリーン４上に映写されて実際に観察される画像の光強度との関係を概念的に説明するグラフである。図４（ａ）は、実施形態のスクリーン４を用いたプロジェクター装置の場合を示し、図４（ｂ）は、従来のプロジェクター装置の場合を示す。なお、グラフにおいて、横軸はプロジェクター本体２から投影される画像の光強度を示し、縦軸は観察される画像の光強度を示す。
【００２９】
図４（ａ）からも明らかなように、実施形態の場合、観察される画像の光強度はプロジェクター装置が配置される環境に影響されない。つまり、プロジェクター装置が野外等に配置された場合であっても、バックグラウンド光に関わりなく、広範囲にわたる輝度分布で画像を観察できる。
【００３０】
一方、図４（ｂ）からも明らかなように、従来のプロジェクター装置の場合、野外はもちろんのこと、屋内においても照明がなされる限り、投射スクリーン上の画像は白っぽく不鮮明に映し出されてしまう。これは、画像の黒レベルがスクリーンの明るさ（バックグラウンド）に一致するためである。
【００３１】
以上の実施形態では、観察される投影像の光強度が入射光束の２乗に比例する非線形なものとなっているが、ガンマの非線形問題はプロジェクター本体２が再現する画像のガンマと本スクリーン４のガンマとを調整することにより、ほぼ線形とすることができる。図５は、例えばスクリーン４のガンマを調節することによって観察される投影像の光強度をスクリーン４への入射光束すなわち元画像の強度に比例する線形なものとする場合を説明する図である。
【００３２】
また、上記実施形態では、高分子分散型液晶層４１としてリバースタイプのものを使用しているが、電界を加えないと白濁した状態となり、電界を加えると高い光透過性を示す通常タイプの高分子分散型液晶とすることができる。この場合、感光層４０として、反応が逆になるもの、すなわち光強度の増加に比例してインピーダンスが増加するものを使用する。
【００３３】
〔第２実施形態〕
図６は、第２実施形態に係るプロジェクト用表示装置であるスクリーンの断面構造を模式的に説明する図である。なお、第２実施形態のプロジェクト用表示装置は、第１実施形態の装置の変形例であり、同一部分には同一の符号を付して重複説明を省略する。
【００３４】
このスクリーン１０４は、感光層４０と液晶層１４１とを第１透明部材４３と第２透明部材４４とで挟んだ構造となっている。第１透明部材４３の感光層４０側の表面には、透明電極層４５が一様に形成されており、第２透明部材４４の液晶層１４１側の表面にも、透明電極層４６が一様に形成されている。第２透明部材４４の外側面には、偏光板１４８が設けられており、さらにこれに隣接して散乱板１４９も設けられている。
【００３５】
液晶層１４１は、ネマチック液晶からなり、電界効果によって液晶の複屈折率を変化させるものである。
【００３６】
偏光板１４８は、その偏光面を液晶層１４１に対して適宜調節しており、液晶層１４１に電界が加わっている場合には液晶層１４１からの光を透過させ、電界が加わっていない場合には液晶層１４１からの光の透過を阻止する。
【００３７】
散乱板１４９は、液晶層１４１からの光が偏光板１４８を透過してきた場合に、その透過光を散乱光として反射する。
【００３８】
以下、動作について説明する。感光層４０と液晶層１４１には、透明電極層４５、４６によって交流電圧が一様に印加される。この電圧は、感光層４０が無いとしたときに液晶層１４１を駆動するのに十分な電圧に設定されている。感光層４０は、入射光束の光強度にほぼ比例した電界を液晶層１４１に形成できるようになっている。この結果、明るい画像が投影された領域に対応する液晶層１４１の領域からは散乱板１４９からの散乱光が出射し、この散乱光の強度は、入射光束の２乗に比例したものとなる。なお、暗い画像が投影された領域に対応する液晶層１４１に入射した光束は、偏光板１４８で通過を阻止され、散乱板１４９まで到達しないので、この領域については反射光を観察することができない。
【００３９】
〔第３実施形態〕
図７は、第３実施形態に係るプロジェクト用表示装置を組み込んだプロジェクター装置の構造を説明する図である。なお、このプロジェクト用表示装置は、第１実施形態のプロジェクト用表示装置を組み込んだプロジェクター装置の変形例である。
【００４０】
このプロジェクター装置は、画像を投射するためのプロジェクター本体２と、プロジェクター本体２によって形成される画像が投射されるスクリーン２０４と、プロジェクター本体２及びスクリーン２０４を収容するとともに内面を黒く塗装したケース６とを備える。なお、プロジェクター本体２は、スクリーン２０４の正面ではなく、スクリーン２０４の下端位置に対向する位置に配置される。
【００４１】
スクリーン２０４は、図２に示すスクリーン４とほぼ同一の構造を有するが、スクリーン２０４を透過した散乱光を観察するため、第２透明部材４４の外側面には光吸収層４７を設けていない。
【００４２】
以下、動作について説明する。プロジェクター本体２は、観察者にほぼ対面する形でスクリーン２０４に画像を投射する。スクリーン４の特定領域にある強度の光束が入射すると、感光層４０（図２参照）は、光強度に逆比例してインピーダンスが変化し、高分子分散型液晶層４１（図２参照）には光強度にほぼ比例した電界が形成される。この結果、明るい画像が投影された領域に対応する高分子分散型液晶層４１の領域では白濁が生じ、ここからの散乱光の強度は、入射光束の強度の２乗に比例したものとなる。ここで、プロジェクター本体２がケース６内において直接透過光が観察者に届かないところを通過していくように設置されているので、観察者は、スクリーン２０４からの散乱光のみを観察することができる。よって観察される画像は、後方から光の当たった部分では白く従来のスクリーンと同じになり、光の当たらない部分で黒いままとなる。この実施形態のプロジェクター装置により、箱の中にプロジェクターを納めた、現行のテレビ受像機に似た外見を持つプロジェクト式の大画面テレビを実現することができ、明るい屋内や日中の屋外においても鮮やかな画像を表示するプロジェクト式の大画面表示装置が実現可能となる。
【００４３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のプロジェクト用表示装置によれば、スクリーンが画像が投射される各部の反射率又は透過率を前記投射された画像の光強度に応じて変化させるので、従来のように受動的に投射画像の像光を散乱するだけでなく、スクリーンから出射する像光の明暗を能動的に調節することができ、外光が像光に影響してこれを不鮮明にするといった現象を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態のプロジェクト用表示装置を組み込んだプロジェクタ装置を示す図である。
【図２】図１のプロジェクト用表示装置の断面構造を説明する図である。
【図３】図２のプロジェクト用表示装置の動作を説明する図である。
【図４】図２のプロジェクト用表示装置で観察する画像の明暗を説明する図である。
【図５】図２のプロジェクト用表示装置の変形例の動作を説明する図である。
【図６】第２実施形態のプロジェクト用表示装置の断面構造を説明する図である。
【図７】第３実施形態のプロジェクト用表示装置を組み込んだプロジェクタ装置の構造を示す図である。
【符号の説明】
２  プロジェクター本体
４  スクリーン
６  ケース
４０  感光層
４１  高分子分散型液晶層
４３、４４  透明部材
４５、４６  透明電極層
４７  光吸収層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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