JP2022035209A - スクリーン、映像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】スクリーン10は、映像源LSから投射された映像光Lを結像して映像を表示し、かつ、透明性を有している。スクリーン10は、入射した光の一部を透過し、かつ、映像を表示するための結像作用を有する結像層である反射層13を備える表示領域10Aと、スクリーン面の法線方向から見て表示領域10Aの外周に設けられ、反射層13を有しておらず、映像を表示しない非表示領域10Bと、を備え、反射層13は、透明性を有する樹脂製の2つの層(第1光学形状層12、第2光学形状層14)の間にこれらに接して設けられている。
【選択図】図2
Description
第1の発明は、映像源から投射された映像光を結像して映像を表示し、かつ、透明性を有するスクリーンであって、入射した光の一部を透過し、かつ、映像を表示するための結像作用を有する結像層(13,33)を備える表示領域(10A,30A)と、スクリーン面の法線方向から見て前記表示領域の外周に設けられ、結像層を有しておらず、映像を表示しない非表示領域(10B,30B)と、を備え、前記結像層は、2つの透明層(12,14、32,34)の間にこれらに接して設けられていること、を特徴とするスクリーン(10,20,30)である。
第2の発明は、請求項1に記載のスクリーンにおいて、該映像光の入射する側を第1の面(121a,321a)とこれに交差する第2の面(121b,321b)とを有する単位光学形状(121,321)がスクリーン面に沿って配列された光学形状を有する第1光学形状層(12,32)を備え、前記結像層(13,33)は、前記単位光学形状の少なくとも前記第1の面の一部に形成され、その表面には、不規則な凹凸形状を有し、前記結像層が形成された前記単位光学形状の谷部を埋めるように形成された第2光学形状層(14,34)を備えること、を特徴とするスクリーン(10,20,30)である。
第3の発明は、請求項1又は請求項2に記載のスクリーンにおいて、前記結像層(13)は、金属又は誘電体により形成されていること、を特徴とするスクリーン(10,20)である。
第4の発明は、請求項1又は請求項2に記載のスクリーンにおいて、前記結像層(33)は、透明性を有し、かつ、隣接する2つの前記透明層(12,14、32,34)より屈折率が小さい層であること、を特徴とするスクリーン(30)である。
第5の発明は、請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載のスクリーンにおいて、スクリーン面の法線方向から見て、前記表示領域(10A)の前記非表示領域(10B)と隣接する領域は、前記非表示領域へと向かうにつれて、映像光の結像作用が次第に小さくなる変化領域(20C)となっていること、を特徴とするスクリーン(20)である。
第6の発明は、請求項5に記載のスクリーンにおいて、前記変化領域(20C)は、前記非表示領域(10B)へと向かうにつれて、前記結像層の厚みが薄くなっていること、を特徴とするスクリーン(20)である。
第7の発明は、第5の発明のスクリーンにおいて、前記変化領域は、前記非表示領域へと向かうにつれて、前記結像作用を有する領域が占める面積が小さくなっていること、を特徴とするスクリーン(20)である。
第8の発明は、請求項5に記載のスクリーンにおいて、前記変化領域(20C)は、前記結像層が離散的に形成され、前記非表示領域(10B)へと向かうにつれて、前記結像層が形成されている領域が占めるの面積が小さくなっていること、を特徴とするスクリーン(20)である。
第9の発明は、第1の発明から第8の発明までのいずれかのスクリーン(10,20,30)と、前記スクリーンに映像光を投射する映像源(LS)と、を備える映像表示装置(1,3)である。
本明細書中において、形状や幾何学的条件を特定する用語、例えば、平行や直交等の用語については、厳密に意味するところに加え、同様の光学的機能を奏し、平行や直交と見なせる程度の誤差を有する状態も含むものとする。
また、本明細書中に記載する各部材の寸法等の数値及び材料名等は、実施形態としての一例であり、これに限定されるものではなく、適宜選択して使用してよい。
また、本明細書中において、スクリーン面とは、そのスクリーン全体として見たときにおける、スクリーンの平面方向となる面を示すものとする。
図1は、第1実施形態の映像表示装置1を示す図である。図1(a)は、映像表示装置1の斜視図であり、図1(b)は、映像表示装置1を側面側(後述する+X側)から見た図である。
映像表示装置1は、スクリーン10、映像源LS等を有しており、映像源LSが映像光を投射し、スクリーン10の画面上に映像を表示する。
本実施形態のスクリーン10は、映像源LSから投影された映像光Lを反射して、画面上に映像を表示する反射型スクリーンである。スクリーン10の詳細に関しては、後述する。
また、スクリーン10の映像源側の正面方向に位置する観察者O1から見て画面左右方向の右側に向かう方向を+X方向、画面上下方向の上側に向かう方向を+Y方向、厚み方向において背面側(裏面側)から映像源側に向かう方向を+Z方向とする。
さらに、以下の説明中において、画面上下方向、画面左右方向、厚み方向とは、特に断りが無い場合、このスクリーン10の使用状態における画面上下方向(鉛直方向)、画面左右方向(水平方向)、厚み方向(奥行き方向)であり、それぞれ、Y方向、X方向、Z方向に平行であるとする。また、スクリーン10のスクリーン面は、スクリーン10の画面(XY面)に平行である。
本実施形態の映像源LSは、映像表示装置1の使用状態において、スクリーン10の画面(表示領域)を正面方向(スクリーン面の法線方向)から見た場合に、スクリーン10の画面左右方向の中央であって、スクリーン10の画面よりも鉛直方向下方側(-Y側)に位置している。
映像源LSは、奥行き方向(Z方向)において、スクリーン10の表面からの距離が、従来のスクリーンの画面の正面方向に位置する汎用プロジェクタに比べて大幅に近い位置から斜めに映像光Lを投影できる。したがって、従来の汎用プロジェクタに比べて、映像源LSは、スクリーン10までの投射距離が短く、投射された映像光Lがスクリーン10に入射する入射角度が大きい。
図3は、第1実施形態のスクリーン10の層構成を説明する図である。図3では、スクリーン10の画面中央(画面の幾何学的中心)となる点A(図1参照)を通り、単位光学形状121の配列方向及びスクリーン面の法線方向に平行な断面の一部を拡大して示している。図3(a)は、表示領域10Aにおけるスクリーン10の断面の一部を拡大した図である。図3(b)は、非表示領域10Bにおけるスクリーン10の断面の一部を拡大した図である。図3では、理解を容易にするため、支持板50等は省略して示している。
本実施形態のスクリーン10は、透明性を有し、映像源LSが投射した映像光Lを映像源側(+Z側)の正面方向に位置する観察者O1側へ向けて反射して、観察者O1に映像を表示する反射型スクリーンである。
スクリーン10の表示領域10Aは、使用状態において、観察者O1側から見て長辺方向が画面左右方向となる略矩形状であり、その四辺に沿って帯状の非表示領域10Bが設けられている。スクリーン10の表示領域10Aは、その画面サイズが対角40~100インチ程度であり、画面の横縦比が16:9である。
なお、これに限らず、スクリーン10は、例えば、観察者O1側から見た形状を他の形状としてもよいし、その画面サイズを40インチ以下の大きさとしてもよく、使用目的や使用環境等に応じて、その大きさや形状は適宜選択できるものとする。
支持板50は、透明性を有し、かつ、剛性が高い平板状の部材であり、アクリル樹脂やPC(ポリカーボネート)樹脂等の樹脂製、ガラス製等の板状の部材を用いることができる。また、接合層51も、透明性を有する接着剤や粘着剤等により形成される。なお、図1等では理解を容易にするためにスクリーン10と支持板50とは同じ大きさで示しているが、本実施形態では、支持板50はスクリーン10よりも大きく、スクリーン面の法線方向(Z方向)から見て、スクリーン10に隣接するスクリーン外の領域は、支持板50のみの領域となっている。
なお、スクリーン10が十分な剛性を有している場合には、支持板50に貼付せず、スクリーン10の画面上下方向(Y方向)の下側(-Y側)端部や上側(+Y側)端部のみを、不図示の支持部材等で支持し、スクリーン10を鉛直方向(Y方向)に立てて配置する形態としてもよい。
一方、図3(b)に示すように、スクリーン10の非表示領域10Bは、映像源側(+Z側)から順に、基材層11、第1光学形状層12、第2光学形状層14、保護層15を備えているが、反射層13を備えていない。図3(b)では、理解を容易にするために、第1光学形状層12と第2光学形状層14との境界は、二点鎖線によって示している。
以下、まず、表示領域10Aの各層について説明する。
基材層11は、例えば、高い光透過性を有するPET(ポリエチレンテレフタレート)等のポリエステル樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂、アクリル・スチレン樹脂、PC(ポリカーボネート)樹脂、脂環式ポリオレフィン樹脂、TAC(トリアセチルセルロース)樹脂等により形成される。
第1光学形状層12は、基材層11の背面側(-Z側)に形成された光透過性を有する層である。第1光学形状層12の背面側(-Z側)の面には、単位光学形状(単位レンズ)121が複数配列されて設けられている。
単位光学形状121は、図4に示すように、真円の一部形状(円弧状)であり、スクリーン10の画面(表示領域)外に位置する点Cを中心として、同心円状に複数配列されている。すなわち、第1光学形状層12は、点Cを中心(フレネルセンター)とする、いわゆるオフセット構造のサーキュラーフレネルレンズ形状を、その背面側の面に有している。
単位光学形状121は、背面側(-Z側)に凸であり、映像光が入射する第1斜面(レンズ面)121aと、これに交差する第2斜面(非レンズ面)121bとを有している。1つの単位光学形状121において、第1斜面121aは、頂点tを挟んで第2斜面121bの上側(+Y側)に位置している。
また、第1斜面121aがスクリーン面(XY面)に平行な面となす角度は、θ1である。第2斜面121bがスクリーン面に平行な面となす角度は、θ2である。角度θ1,θ2は、θ2>θ1という関係を満たしている。
なお、角度θ1や配列ピッチP1の数値範囲は、上記範囲が好ましいが、スクリーン10が設置される環境等に応じて、適宜変更可能である。
なお、これに限らず、角度θ1は、一定としてもよいし、配列ピッチPが、単位光学形状121の配列方向に沿って次第に変化してもよい。また、単位光学形状121の配列方向に沿って、配列ピッチPや角度θ1等が段階的に変化する形態としてもよい。
角度θ1,θ2や配列ピッチP等は、映像源LSからの映像光の投射角度(スクリーン10への映像光の入射角度)や、映像源LSの画素(ピクセル)の大きさ、スクリーン10の画面サイズ、各層の屈折率等に応じて、適宜設定してよい。
なお、本実施形態では、第1光学形状層12を形成する樹脂として、紫外線硬化型樹脂を例に挙げて説明するが、これに限らず、例えば、電子線硬化型樹脂等の他の電離放射線硬化型樹脂により形成してもよい。
本実施形態では、反射層13は、図3(a)に示すように、第1斜面121a及び第2斜面121bに形成されているが、これに限らず、第1斜面121aのみに形成され、第2斜面121bには形成されていない形態としてもよい。
反射層13は、入射した光の一部をその表面の微細かつ不規則な凹凸形状により拡散して反射し、入射した他の光の少なくとも一部を拡散しないで透過するという機能を有している。
反射層13は、光反射性の高い金属、例えば、アルミニウム、銀、ニッケル等により形成され、その厚さは、例えば、数10Å程度である。これに限らず、反射層13は、例えば、光反射性の高い金属をスパッタリングしたり、金属箔を転写したり、金属薄膜を含有した塗料を塗布したりする等により形成されてもよい。
また、反射層13は、高い透明性を有し、光の吸収損失が小さく、高い反射率を実現できる誘電体多層膜や誘電体単層膜を蒸着する等により形成されてもよい。
このような第2光学形状層14を設けることにより、反射層13を保護することができ、スクリーン10の背面側(-Z側)の面に保護層15等を積層しやすくなり、また、支持板50等への接合も容易となる。
また、第2光学形状層14は、前述の第1光学形状層12と同様の材料によって形成することができる。
本実施形態の第2光学形状層14は、第1光学形状層12と同じ紫外線硬化型樹脂を用いて形成されており、第1光学形状層12と第2光学形状層14とは、屈折率が等しい。
保護層15は、光透過性の高い樹脂製のシート状の部材が用いられる。保護層15は、例えば、前述の基材層11と同様の材料を用いて形成されたシート状の部材を用いてもよい。
また、本実施形態のスクリーン10の表示領域10Aにおいて、映像光は、反射層13の反射面の微細かつ不規則な凹凸形状で拡散反射されて観察者O1側へ向かう。一方、反射層13を透過する光は、拡散されずにスクリーン10の表示領域10Aを背面側(-Z側)へ透過する。
図3(b)に示すように、非表示領域10Bは、映像源側(+Z側)から順に、基材層11、第1光学形状層12、第2光学形状層14、保護層15を備えている。
非表示領域10Bでは、反射層13が形成されておらず、第1光学形状層12と第2光学形状層14とが互いに接して一体に積層されている。
本実施形態では、第1光学形状層12と第2光学形状層14とは同じ紫外線硬化型樹脂を用いて形成されており、前述のように図3(b)では、二点鎖線によって2層の境界を示しているが、実際には、第1光学形状層12と第2光学形状層14との境界は視認できない。なお、図3(b)では、理解を容易にするために、単位光学形状121の第1斜面121a及び第2斜面121bの微細かつ不規則な凹凸形状は、省略して示している。
基材層11を用意し、その一方の面に、単位光学形状121を賦形する成形型に紫外線硬化型樹脂を充填した状態で積層し、紫外線を照射して樹脂を硬化させるUV成形法により第1光学形状層12を形成する。このとき、単位光学形状121を賦形する成形型の第1斜面121a及び第2斜面121bを賦形する面には、微細かつ不規則な凹凸形状が形成されている。この微細かつ不規則な凹凸形状は、成形型の第1斜面121a及び第2斜面121bを賦形する面に、条件の異なるめっきを2回以上繰り返したり、エッチング処理を行ったりすること等によって形成できる。
第1光学形状層12を、基材層11の一方の面に形成した後、表示領域10Aに相当する領域の第1斜面121a及び第2斜面121bに、反射層13を蒸着等により形成する。このとき、非表示領域10Bに相当する領域は、マスキングテープ等で保護する等して、反射層13が形成されないようにする。
基材層11及び保護層15は、枚葉状としてもよいし、ウェブ状としてもよい。
したがって、非表示領域10Bの方が、表示領域10Aに比べて、外光等の透過率が大きくなるので、スクリーン10を通して向こう側を観察する場合の透明性が高い。
したがって、非表示領域10Bの方が、表示領域10Aに比べて、光の反射率が小さくなるので、スクリーン10を通して向こう側を観察した場合の透過映像のコントラストも高い。
よって、スクリーン10を通して向こう側を観察した場合の透過映像は、非表示領域10Bの方が、表示領域10Aに比べて良好である。
これにより、支持板50に接合されたスクリーン10の表示領域10Aから非表示領域10B、スクリーン面の法線方向から見てスクリーン10に隣接するスクリーン10外の領域(本実施形態では、支持板50のみの領域)へと向かうにつれて、上記透過率が段階的に大きくなり、入射角度によらず光の反射率が段階的に小さくなるので、スクリーン10とスクリーン外の領域との境界を目立ちにくくすることができる。
図6は、第1実施形態のスクリーン10の非表示領域10Bでの映像光及び外光の様子を示す図である。
図5,図6では、画面中央となる点Aを通り、単位光学形状121の配列方向及びスクリーンの厚み方向(Z方向)に平行な断面での断面の一部を拡大して模式的に示している。また、図5,図6では、理解を容易にするために、支持板50等を省略しており、さらに、スクリーン10内の各層の界面における屈折率差はないものとして示している。また、図6では、理解を容易にするために、単位光学形状121の第1斜面121a及び第2斜面121bの微細かつ不規則な凹凸形状は、省略して示している。
図5に示すように、表示領域10Aにおいて、スクリーン10の下方に位置する映像源LS(図1参照)から投射され、スクリーン10に入射した映像光L1のうち、一部の映像光L2は、その単位光学形状121の第1斜面121aに入射し、反射層13によって拡散反射され、結像し、観察者O1側へ出射する。
また、映像源LSから投射された映像光L1うち、一部の映像光L4は、表示領域10Aのスクリーン10の表面で反射するが、スクリーン10上方(+Y側)へ向かうので、観察者O1の映像の視認の妨げにはならない。
図5に示すように、スクリーン10の表示領域10Aに上方から入射する外光G1,G5のうち、一部の外光G2,G6は、スクリーン10の表面で反射し、スクリーン下方側へ向かう。また、外光G1のうち、一部の外光G3は、反射層13で反射し、一部がスクリーン10下方へ出射したり、スクリーン10の映像源側(+Z側)の表面で全反射してスクリーン10内を下方へ向かい、減衰したりする。外光G5のうち、一部の外光G7は、反射層13で反射し、背面側(-Z側)のスクリーン10上方側へ出射する。また、反射層13を透過した他の外光G4,G8は、反射層13を透過して、それぞれスクリーン10の背面側下方、映像源側下方へ出射する。このとき、映像源側の下方へ向かう外光G2,G8等は、観察者O1には到達しないので、外光による映像のコントラスト低下を抑制できる。
また、小さな入射角度でスクリーン10の表示領域10Aに入射する他の外光G9,G10は、一部(不図示)がスクリーン10と空気との界面や反射層13で反射するが、その多くが反射層13を透過して、それぞれ背面側(-Z側)、映像源側(+Z側)へ出射する。
したがって、本実施形態のスクリーン10は、その表示領域10Aにおいて、良好な視野角及び解像度を有する映像を表示でき、かつ、スクリーン10の向こう側の景色が白くにじんだり、ぼけたりすることがなく観察者O1に良好に視認され、高い透明性を実現できる。
さらに、スクリーン10では、背面側に位置する観察者O2は、映像光の投射の有無に関わらず、スクリーン10の表示領域10Aを通して映像源側(+Z側)の景色を高い透明性を有して良好に視認することができる。
非表示領域10Bは、反射層13を有していない。また、第1光学形状層12と第2光学形状層14とは同じ材料により形成されており屈折率が同じであり、非表示領域10Bにおいて互いに接して一体に積層されている。したがって、スクリーン10の非表示領域10Bに入射した外光G21,G24及び映像光L21は、図6に示すように、一部がスクリーン10と空気との界面で反射するが(外光G23,G26、映像光L23)、その多くがスクリーン10を透過する(外光G22,G25、映像光L22)。
このとき、非表示領域10Bを透過した外光G22,G25や映像光L22は、スクリーン10の下方や上方へ向かい観察者O1,O2には届かない。非表示領域10Bにおいて、映像光が結像されることはなく、映像が表示されることはない。
したがって、スクリーン10の非表示領域10Bを通して、スクリーン10の向こう側の景色を観察した場合には、高い透明性を有して観察することができる。
そのため、例えば、映像光を投射しない状態において、スクリーン10の表示領域10A及び非表示領域10Bは、透明性を有し、スクリーン10及び支持板50の向こう側の景色が視認される。しかし、表示領域10A、非表示領域10B、スクリーン外(本実施形態では、支持板50のみ)の領域の順で光の透過率(スクリーン面に対して入射角度0°で入射してスクリーン10を透過する光のうち、出射角度0°で出射する光が占める割合)が高くなっているため、スクリーン10と、スクリーン面の法線方向から見てスクリーン10に隣接するスクリーン外の領域との境界部分の光の透過率の変化が段階的となり、スクリーン10とスクリーン外の領域との境界が目立ちにくい。
また、従来のスクリーンでは、スクリーンの外端部分まで表示領域10Aとなっているので、スクリーン(表示領域10A)とスクリーン外(本実施形態では、支持板50のみ)の領域との光の反射率の差も大きく、その変化が急峻である。
そのため、従来のスクリーンでは、スクリーンとスクリーン外の領域との境界が目立ちやすくなる。
しかし、本実施形態では、スクリーン10の外縁部となる部分には非表示領域10Bが設けられており、非表示領域10Bでは、第1光学形状層12と第2光学形状層14とが積層されて一体となっているので、そのような剥離等に起因した反射層13の破損やスクリーン10の品質の低下を大幅に低減できる。
なお、反射層13が誘電体多層膜や誘電体単層膜等により形成されている場合にも、同様に、上述のような剥離や剥離によるスクリーン10の品質の低下を抑制できる。
また、本実施形態によれば、スクリーン10は、樹脂である第1光学形状層12と第2光学形状層14とが一体に積層された非表示領域10Bを表示領域10Aの外周に有し、スクリーン10の端面において反射層13が露出していないので、スクリーン10の端面等で生じやすい反射層13と第1光学形状層12の間の剥離や、第2光学形状層14と反射層13との間の剥離が大幅に抑制され、反射層13の破損やスクリーン10の品質の低下を抑制できる。
図7は、第2実施形態のスクリーン20をスクリーン面の法線方向から見た様子を示す図である。
図8は、第2実施形態のスクリーン20の変化領域20Cを説明する図である。図8では、一例として、点Aを通り、単位光学形状121の配列方向及びスクリーン面の法線方向に平行な断面での変化領域20C(表示領域10Aの画面上下方向上側に位置する変化領域20C)を示している。また、図8では、理解を容易にするために、第1光学形状層12、反射層13、第2光学形状層14以外の層は省略している。
第2実施形態のスクリーン20は、表示領域10Aの非表示領域10Bと隣接する領域が変化領域20Cなっている点が、第1実施形態のスクリーン10とは異なる以外は、第1実施形態のスクリーン10と同様の形態である。
したがって、前述した第1実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号又は末尾に同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
スクリーン20の表示領域10A及び非表示領域10Bの層構成は、前述の第1実施形態と同様である。
変化領域20Cは、入射角度0°で入射してスクリーン20を透過する光のうち、出射角度0°で出射する光の割合が、スクリーン面に沿って非表示領域10B側へ向かうにつれて大きくなる領域である。
スクリーン20の画面左右方向(X方向)両端近傍に位置し、画面上下方向(Y方向)に延在する変化領域20Cの幅はW3であり、スクリーン20の画面上下方向(Y方向)両端付近に位置し、画面左右方向(X方向)に延材する変化領域20Cの幅はW4である。本実施形態では、変化領域20Cは、等幅であり、W3=W4である例を挙げて説明するが、これに限定されるものではない。
本実施形態では、図8に示すように、反射層13の厚みが、変化領域20Cにおいて、非表示領域10B側へ向かうにつれて次第に薄くなっている例を挙げて説明する。
これにより、変化領域20Cにおいて反射層13で反射される光の反射率は、スクリーン面に沿って非表示領域10Bへ向かうにつれて次第に小さくなる。また、表示領域10Aから変化領域20Cを経て非表示領域10Bへと向かうにつれて、入射角度0°で入射してスクリーン10を透過する光のうち、出射角度0°で出射する光の割合が大きくなる。
図9は、第2実施形態の変化領域20Cの他の形態を示す図である。図9(a),(c)では、変化領域20Cでの単位光学形状121の配列方向及びスクリーン20の厚み方向に平行な断面の一部を拡大して示し、図9(b)では、スクリーン20の背面側(-Z側)から見た第1光学形状層12及び反射層13を示している。
図9に示すように、変化領域20Cにおいて、反射層13が離散的に形成され、かつ、反射層13が形成されている領域が占める面積が、非表示領域10Bへ向かうにつれて、小さくなっている形態としてもよい。
このような反射層13を形成する場合、例えば、変化領域20Cに相当する領域において、複数の孔が形成されたマスキング材等によりマスキング等を施して蒸着等を施す方法が挙げられる。
図10は、第3実施形態の映像表示装置3を示す図である。図10では、映像表示装置を側面側(+X側)から見た様子を示している。
図11は、第3実施形態のスクリーン30をスクリーン面の法線方向から見た様子を示す図である。
図12は、第3実施形態のスクリーン30の層構成を説明する図である。図12では、スクリーン30の表示領域30Aの断面の一部を拡大して示しており、図12で示すスクリーン30の表示領域30Aの断面は、図3に示した第1実施形態のスクリーン10の表示領域10Aの断面に相当する。
第3実施形態のスクリーン30は、透明性を有する透過型スクリーンである点が、前述の第1実施形態のスクリーン10とは異なる。したがって、前述の第1実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号又は末尾に共通する符号を付して、重複する説明を省略する。
本実施形態では、スクリーン30の厚み方向(Z方向)において、スクリーン30を挟んで一方に映像源LSが位置し、他方に観察者O3が位置する。本実施形態では、スクリーン30に対して、映像源LSが位置する映像源側を+Z側とし、観察者O3は、背面側となる-Z側に位置する。
表示領域30Aの画面サイズや平面視の形状は、第1実施形態の表示領域10Aと同様である。また、スクリーン30の画面左右方向(X方向)両端に位置し、画面上下方向(Y方向)に延在する非表示領域30Bの幅をW5とし、スクリーン30の画面上下方向(Y方向)両端に位置し、画面左右方向(X方向)に延在する非表示領域30Bの幅をW6とする。本実施形態では、非表示領域30Bは等幅であり、W5=W6である例を挙げて説明するが、これに限定されるものではない。
また、本実施形態においても、スクリーン面の法線方向(Z方向)から見て、スクリーン30よりも支持板50が大きく、スクリーン30に隣接するスクリーン外の領域は支持板50のみの領域である。
第1光学形状層32及び第2光学形状層34は、前述の第1実施形態の第1光学形状層12及び第2光学形状層14と略同様の層であるが、単位光学形状321の第1斜面321a及び第2斜面321bがスクリーン面に平行な面となす角度θ3,θ4が、前述の角度θ1,θ2とは異なる。また、角度θ3,θ4は、θ4>θ3という関係を満たす。
この第2低屈折率部332と隣接する第2光学形状層34との界面Kが、映像光の少なくとも一部を全反射する全反射面となる。
低屈折率層33に臨界角以上の入射角で入射する光は、この微細かつ不規則な凹凸形状により、全反射する際に拡散される。また、低屈折率層33に臨界角未満の入射角で入射する光は、拡散しないで透過する。
低屈折率層33は、上述の材料を蒸着したり、スパッタリングしたりすることにより、形成される。
この低屈折率層33の屈折率は、約1.35以上1.45以下であることが、第2光学形状層34との界面Kで映像光を効率よく全反射させる観点から好ましい。
低屈折率層33の厚さが1μm以下であると、界面Kでの映像光の全反射が不十分となったり、映像光が全反射する際に干渉が生じて映像が劣化したりするため、好ましくない。また、低屈折率層33の厚さが10μmよりも大きくなると、蒸着等による低屈折率層33の形成が困難となったり、単位光学形状321の表面の微細かつ不規則な凹凸形状を埋めて平坦化し、単位光学形状321側とは反対側の面が平面状となってしまったりするため、好ましくない。
図12に示すように、映像源LS(図10参照)から投射されて映像源側(+Z側)からスクリーン10に入射した映像光L31は、単位光学形状321の第1斜面321aに入射する。このとき、映像光L31の第1斜面321aへの入射角は臨界角未満であるので、多くの映像光L31が第1低屈折率部331を透過する。なお、一部の映像光L33が第1光学形状層32と第1低屈折率部331との界面で反射するが、その光量は小さく、映像源側に位置する観察者O4が映像を視認することはない。
したがって、映像源側及び背面側の正面方向に位置する観察者O3,O4にこれらの外光が届くことはなく、外光による映像のコントラスト低下を抑制できる。
したがって、背面側(-Z側)及び映像源側(+Z側)から、観察者O3,O4が、スクリーン30を通してスクリーン30の向こう側の景色を観察した場合に、スクリーン30の向こう側の景色がぼやけたり、白くにじんだりすることなく、高い透明性を有して観察することができる。
したがって、非表示領域30Bに入射する映像光や大きな入射角度で入射する外光は、前述の第1実施形態の非表示領域10Bに入射する映像光や外光と同様であり、一部がスクリーン10と空気との界面で反射するが、その多くがスクリーン10を透過する。また、非表示領域30Bを透過した外光や映像光は、スクリーン30の下方や上方へ向かい観察者O3,O4には届かない。非表示領域30Bにおいて、映像光が結像されることはなく、映像が表示されることはない。
また、小さな入射角度で非表示領域30Bに入射する外光は、一部がスクリーン30と空気との界面で反射するが、その多くが非表示領域30Bを透過する。
したがって、スクリーン面の法線方向から見て、表示領域30Aから非表示領域30B、スクリーン30に隣接するスクリーン外の領域(本実施形態では、支持板50のみの領域)へと向かうにつれて、上記透過光に占める出射角度0°の光の割合が段階的に大きくなり、光の反射率が段階的に小さくなるので、スクリーン30とスクリーン外(支持板50のみ)の領域との境界を目立ちにくくすることができる。
また、本実施形態によれば、非表示領域30Bを表示領域30Aの外周に設けられ、スクリーン30の端面に低屈折率層33が露出しないので、低屈折率層33と第1光学形状層32、低屈折率層33と第2光学形状層34との間での層間での剥離を抑制することができ、スクリーン30の品質を向上させることができる。
低屈折率層33として酸化ケイ素(SiO2)、シリコン系樹脂を用いた場合にも、上記剥離は生じやすいが、特にフッ素化合物を用いた場合に、上記剥離が生じやすい。しかし、本実施形態では、上述のように非表示領域30Bを表示領域30Aの外周に有するので、効果的に剥離を抑制できる。
なお、第3実施形態では、スクリーン30は、表示領域30Aと非表示領域30Bとを備える例を示したが、これに限らず、前述の第2実施形態に示したように、透過型スクリーンであるスクリーン30においても、表示領域30Aと非表示領域30Bとの間に、変化領域30Cを設けてもよい。
例えば、前述の図9等に示したように、低屈折率層33が円形形状等となって離散して存在し、非表示領域30B側へ向かうにつれて低屈折率層33が形成された領域が占める面積が小さくなるように設けてもよい。
さらに、例えば、変化領域30Cにおいて、非表示領域30B側へ向かうにつれて、単位光学形状321の高さが小さく、その頂部が平面状となり、単位光学形状321の断面形状がしだいに台形形状となっていき、映像光の拡散反射に寄与する第2斜面321bの面積が小さくなっていく形態としてもよい。このとき、低屈折率層33は、単位光学形状121の背面側全面に形成される形態としてもよい。
以上説明した各実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の範囲内である。
(1)第1実施形態及び第2実施形態において、反射層13は、単位光学形状121に沿って形成される例を示したが、これに限らず、スクリーン面に平行な平面状であって、その映像源側の面に微細かつ不規則な凹凸形状が形成されたハーフミラー状の反射層としてもよい。
このとき、変化領域を設ける場合には、非表示領域に近づくにつれて光拡散層が次第に又は段階的に薄くなる形態とすればよい。なお、用いる拡散材は、光透過性を有し、拡散材を含有する母材となる樹脂と屈折率差を有することが好ましい。
なお、このような形態に用いられる光拡散層は、拡散作用が大きい拡散材を含有しており、拡散材が母材中に占める体積比率が、小さい方が好ましい。このような光拡散層とすることにより、入射光の一部が拡散材によって拡散されて結像するが、入射光の多くが拡散されずに光拡散層を透過する。
また、ハードコート層に限らず、スクリーン10,20,30の使用環境や使用目的等に応じて、スクリーン10,20,30の映像源側や背面側の表面に、例えば、反射防止機能、紫外線吸収機能、防汚機能、帯電防止機能等、適宜必要な機能を有する層を1つ又は複数選択して設けてもよい。さらに、映像を提供したい観察者O1,O3が位置する側の最外層にタッチパネル層等を設けてもよい。
特に、第1実施形態及び第2実施形態のスクリーン10,20において、映像源側の表面に反射防止層を設けた場合には、反射層13で反射した一部の映像光が、映像源側の空気との界面で反射して、背面側から出射して背面側に映像が漏れたように表示されることを防止できる。
また、スクリーン10,20,30は、基材層11を、ガラス板等の光透過性を有する板状の部材としてもよい。このとき、不図示の光透過性を有する接合層等を介し第1光学形状層12からは保護層15までの部分がガラス板等に接合される形態としてもよい。なお、保護層15をガラス板等の光透過性を有する板状の部材とし、不図示の光透過性を有する接合層等を介して、基材層11から第2光学形状層14までの部分がこのガラス板等に接合される形態としてもよし、基材層11及び保護層15をガラス板等としてもよい。
また、各実施形態において、単位光学形状121,321は、3つ以上の複数の面によって形成される形態としてもよい。
さらに、例えば、変化領域20C,30Cは、表示領域10A,30Aと非表示領域10B,30Bとの間に形成される形態に限らず、例えば、変化領域20C,30Cの外周に非表示領域10B,30Bが形成されていない部分を有する形態としてもよい。例えば、変化領域20C,30Cが表示領域10A,30Aの全外周に設けられているが、非表示領域10B,30Bは変化領域20C,30Cの外周の一部のみに形成される形態等としてもよい。
10,20,30 スクリーン
11 基材層
12,32 第1光学形状層
121,321 単位光学形状
121a,321a 第1斜面
121b,321b 第2斜面
13 反射層
14,34 第2光学形状層
15 保護層
33 低屈折率層
LS 映像源
Claims (9)
- 映像源から投射された映像光を結像して映像を表示し、かつ、透明性を有するスクリーンであって、
入射した光の一部を透過し、かつ、映像を表示するための結像作用を有する結像層を備える表示領域と、
スクリーン面の法線方向から見て前記表示領域の外周に設けられ、結像層を有しておらず、映像を表示しない非表示領域と、
を備え、
前記結像層は、2つの透明層の間にこれらに接して設けられていること、
を特徴とするスクリーン。 - 請求項1に記載のスクリーンにおいて、
第1の面とこれに交差する第2の面とを有する単位光学形状がスクリーン面に沿って配列された光学形状を有する第1光学形状層を備え、
前記結像層は、前記単位光学形状の少なくとも前記第1の面の一部に形成され、その表面には、不規則な凹凸形状を有し、
前記結像層が形成された前記単位光学形状の谷部を埋めるように形成された第2光学形状層を備えること、
を特徴とするスクリーン。 - 請求項1又は請求項2に記載のスクリーンにおいて、
前記結像層は、金属又は誘電体により形成されていること、
を特徴とするスクリーン。 - 請求項1又は請求項2に記載のスクリーンにおいて、
前記結像層は、透明性を有し、かつ、隣接する2つの前記透明層より屈折率が小さい層であること、
を特徴とするスクリーン。 - 請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載のスクリーンにおいて、
スクリーン面の法線方向から見て、前記表示領域の前記非表示領域と隣接する領域は、前記非表示領域へと向かうにつれて、映像光の結像作用が次第に小さくなる変化領域となっていること、
を特徴とするスクリーン。 - 請求項5に記載のスクリーンにおいて、
前記変化領域は、前記非表示領域へと向かうにつれて、前記結像層の厚みが薄くなっていること、
を特徴とするスクリーン。 - 請求項5に記載のスクリーンにおいて、
前記変化領域は、前記非表示領域へと向かうにつれて、前記結像作用を有する領域が占める面積が小さくなっていること、
を特徴とするスクリーン。 - 請求項5に記載のスクリーンにおいて、
前記変化領域は、前記非表示領域へと向かうにつれて、前記結像層が離散的に形成され、かつ、前記結像層が形成されている領域が占める面積が小さくなっていること、
を特徴とするスクリーン。 - 請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載のスクリーンと、
前記スクリーンに映像光を投射する映像源と、
を備える映像表示装置。
Priority Applications (1)
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| JP2020139356A JP2022035209A (ja) | 2020-08-20 | 2020-08-20 | スクリーン、映像表示装置 |
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| JP2022035209A true JP2022035209A (ja) | 2022-03-04 |
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- 2020-08-20 JP JP2020139356A patent/JP2022035209A/ja active Pending
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