JP2015014765A - スクリーン及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】映像光が投写されるスクリーンにおいて、スクリーンの表示部の外周部に位置する外枠部に投写された投写光が反射、拡散され、映像や迷光として視聴者に認識されてしまう。また、窓等の外部から入射する太陽光あるいは照明光といった外光を外枠部が反射、拡散してしまう。
【解決手段】映像光を反射し映像を表示する表示部と同じ面上において前記表示部の周りを囲んで位置し、光を吸収する光吸収層１３を有する外枠部１０１を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、映像光が投写されるスクリーンの構造とスクリーンを用いた表示装置に関する。

プロジェクタ等の投写型表示装置は、光学エンジンから出射した映像光をスクリーンに投写する。「映像光」とは、映像情報を有する光のことである。「スクリーン」とは、投写された映像光を表示する面である。スクリーンは、一般的には平面であるが、曲面などの場合もあり、必ずしも平面に限られるものではない。本発明におけるスクリーンは、投写された映像光を表示する面の領域である表示部と、表示部の外側に位置し映像光を表示しない面の領域である外枠部とを有するものである。投写型表示装置は、映像光をスクリーンに投写することでスクリーンの表示部に映像を表示する。

例えば、会議用の前面投写型プロジェクタに使用されるスクリーンは、プロジェクタから投写される映像光以外の光を観察者側に拡散してしまう。プロジェクタから投写される映像光以外の光とは、窓等の外部から入射する太陽光あるいは照明光等のことを言う。プロジェクタから投写される映像光以外の光の影響により、スクリーンは全体的に白く見えることになり、その結果コントラストが得られない。「コントラスト」とは、明るい部分と暗い部分との明暗の比率である明暗比のことを言う。需要者は、例えばホームシアター用途として、高いコントラストを得るような、映像光以外の光を拡散しにくいスクリーンを望む傾向が強い。高いコントラストを得るためには、窓等の外部から入射する太陽光あるいは照明光等を拡散しにくい構造のスクリーンとする必要がある。

プロジェクタとスクリーンとを設置する際、映像光の端部をスクリーンの表示部の端部に完全に一致させて投写させることは困難である。例えば、映像光がスクリーンの表示部の大きさに対して小さく投写された場合、スクリーンでは映像が表示されない領域が発生する。映像光がスクリーンの表示部の大きさに対して大きく投写された場合は、スクリーンの表示部において映像が全て表示されず欠けてしまう。一般には画像の端の歪み又はノイズといった表示しない部分を含んだ映像光をスクリーンの大きさに対して大きく投写する方式が用いられる。この方式はオーバースキャン方式と呼ばれる。

オーバースキャン方式では、スクリーンの表示部の外にまで映像光を投写する。スクリーンの表示部の外の映像光をオーバースキャン光と呼ぶ。例えば特許文献１では、前面から投写する反射型スクリーンの構成が提案されている。

特開２００６−２３６９３号公報（段落００１０）

特許文献１では、投写された映像光は、白色樹脂層において正面に反射される。非投射側傾斜面への入射光の大部分は、非投射側傾斜面において吸収される。非投射側傾斜面への入射光の一部分は、非投射側傾斜面において反射される。白色樹脂層及び非投射側傾斜面において正面に反射された光は、透明拡散層において拡散される。ただし、スクリーンにオーバースキャン光があたると、オーバースキャン光はノイズ信号として観察者に認識される。ノイズ信号は、観察者に不快感を与える原因となる。特許文献１では、投写された映像光を表示する面と、表示部の外側に位置し映像光を表示しない面とを区別していないため、オーバースキャン光を観察者の側に、映像光と同様に反射及び拡散するためである。また、スクリーン全体に映像光を表示した場合、壁又は天井等の投写型表示装置の周囲の面にオーバースキャン光が届く。この結果、迷光が発生する。ここでいう「迷光」とは、映像光以外の光が出射される場合の、その出射される光である。また、ここではノイズ信号として認識されるオーバースキャン光も迷光と呼ぶ。このように、スクリーンにあたったオーバースキャン光が迷光として観察者に認識されるという問題があった。

本発明に係るスクリーンは、映像光を反射し映像を表示する表示部と同じ面上において前記表示部の周りを囲んで位置し、光を吸収する光吸収層を有する外枠部を備えたことを特徴とする。

この発明は、スクリーンの外枠部からの迷光を減ずるスクリーンを得るものである。

本発明の実施の形態１に係る表示装置の構成図である。 本発明の実施の形態１に係るスクリーンの正面図である。 本発明の実施の形態１に係るスクリーンの一部の断面図である。 本発明の実施の形態１に係るスクリーンの一部の断面図である。 本発明の実施の形態１に係るスクリーンの正面図である。 本発明の実施の形態１に係るスクリーンの正面図である。 本発明の実施の形態２に係るスクリーンの一部の断面図である。 本発明の実施の形態３に係るスクリーンの一部の断面図である。 本発明の実施の形態４に係る表示装置の構成図である。

実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１における表示装置の構成図である。図２は、スクリーン１０の正面図である。図３は、スクリーン１０の一部の断面図である。図４は、スクリーン１０の一部の断面図である。図５は、スクリーン１０の正面図である。図６は、スクリーン１０の正面図である。説明を容易にするために、各図中にＸＹＺ直交座標の座標軸を示す。以下の説明において、スクリーン１０の前方を＋Ｚ軸方向とし、後方を−Ｚ軸方向とする。スクリーン１０の平面は、Ｘ軸方向とＹ軸方向とからなるＸ−Ｙ平面である。スクリーン１０の前方（＋Ｚ軸方向）から後方（−Ｚ軸方向）を向いて右側を＋Ｘ軸方向とし、左側を−Ｘ軸方向とする。スクリーン１０の下方向（地面の方向）を＋Ｙ軸方向とし、スクリーン１０の上方向（空の方向）を−Ｙ軸方向とする。前方とは、表側のことである。図１において、プロジェクタ３１から出射された投写光４は、スクリーン１０で反射又は拡散し観察者に映像として認識される。スクリーン１０は、表示部１００及び外枠部１０１に分割される。表示部１００と外枠部１０１との位置関係は、スクリーン１０の正面図である図２を用いて後述する。表示部１００の一部が１０ａである。外枠部１０１の一部が１０ｂである。スクリーン１０における表示部１００は、光反射層１１、光拡散層１２及び光吸収層１３で構成されている。一方、オーバースキャン光が投射されるスクリーン１０における外枠部１０１に光反射層１１及び光拡散層１２を設けない。

スクリーン１０の構成と機能について詳しく説明する。図２は、スクリーン１０を前方（＋Ｚ軸方向）から見た場合を示している。スクリーン１０は、表示部１００と、その周囲に枠状に配置された外枠部１０１とに分割される。スクリーン１０の表示部１００の断面構成は、図３に示すように、光反射層１１、光拡散層１２及び光吸収層１３で構成されている。スクリーン１０の前方（＋Ｚ軸方向）に光拡散層１２が配置され、後方に光吸収層１３が配置される。光反射層１１は、光拡散層１２と光吸収層１３との境界に設けられる。光反射層１１は、その反射面を前方（＋Ｚ軸方向）の斜め下方向に向けて有するものである。光拡散層１２における、光反射層１１または光吸収層１３との境界はフレネルレンズ１４の形状を持つ。「フレネルレンズ」とは、通常のレンズを同心円状の領域に分割することにより厚みを減じたレンズである。なお、ここではスクリーン１０の表示部１００に必要最低限の構成のみで説明するが、製造上や光学特性向上の理由から、構成は追加される場合がある。

表示部１００において、良好なコントラストを得るために必要な機能として、窓等の外部から入射する太陽光あるいは照明光等を極力吸収する事が挙げられる。また、表示部１００において、良好なコントラストを得るために必要な機能として、プロジェクタ３１から出射した投写光４のみをスクリーン１０の前方（＋Ｚ軸方向）に位置する観察者の側に反射させる事が挙げられる。光反射層１１、光拡散層１２及び光吸収層１３で構成される表示部１００において、まずプロジェクタ３１から出射した投写光４は、光拡散層１２で拡散された後、光反射層１１でスクリーン１０の前方（＋Ｚ軸方向）に位置する観察者の側に反射され、再び光拡散層１２で拡散し、観察者に映像として認識される。一方で、照明光あるいは窓等の外部から入射する太陽光といった外光は、光吸収層１３で吸収され、観察者に認識されない事が望ましい。つまり、プロジェクタ３１から投写光４を投写していない場合、表示部１００の外観としては、外光等を拡散することなく暗く見える事が望ましい。その一方で、投写光４を投写している場合は効率良く映像をスクリーン１０の前方（＋Ｚ軸方向）にいる観察者に向けて反射及び拡散し、映像として認識される事が望ましい。

次に、外枠部１０１について図２を用いて説明する。スクリーン１０の大きさに対して、表示部１００は一回り小さくなっており、その外側に外枠部１０１を設けている。その理由としては、前述のように、プロジェクタ３１とスクリーン１０を設置する際、映像光をスクリーン１０の表示部１００と完全に一致させることは困難であり、表示部１００に対して大きい投写光４をスクリーン１０に対して投写させるためである。そして、外枠部１０１において投写光４を吸収し、あたかも外枠部１０１が表示部１００の枠のように機能する。

その際、外枠部１０１で仮に投写光４が拡散されてしまうと、外枠部にも映像が写っていると認識されるため、オーバースキャンの意味を逸してしまう。また、窓等の外部から入射する太陽光あるいは照明光等を反射あるいは拡散してしまうと、外枠部１０１が観察者に白みがかって見えることになる。外枠部１０１が観察者に白みがかって見えることは、外観上望ましくない。一方、投写光４を、外枠部１０１で、主に反射させる場合、または主に透過させる場合でも視感上不都合がある理由を説明する。まず、外枠部１０１が、投写光４を主に反射させる場合、反射された投写光４は、例えば室内の壁あるいは天井等に当たる。室内の壁あるいは天井等、反射された投写光４の当たった箇所が反射された投写光をさらに反射又は拡散することにより、さらに反射又は拡散された光は迷光となる。その結果、観察者は反射された投写光４の当たった箇所が光っているように認識してしまう。または、観察者は映像が映っているかのように認識してしまう。外枠部１０１が投写光４を主に透過させる場合も上記と同様である。つまり、透過された透過光は、例えば室内の壁あるいは天井等に当たり、迷光となる。その結果、観察者は室内の壁あるいは天井等、透過された透過光の当たった箇所が光っているように認識してしまう。または、観察者は映像が映っているかのように認識してしまう。そのため、外枠部１０１は、投写光４を反射、透過及び拡散させない構造であることが望ましい。

以上説明した通り、スクリーン１０における表示部１００は、投写光４を観察者側に反射あるいは拡散させる一方で、照明光あるいは窓等の外部からの太陽光を吸収する機能が求められる。外枠部１０１については、投写光４、照明光及び窓等の外部からの太陽光のいずれも吸収する機能が求められる。

次に、プロジェクタ３１から投写光４を投写していない場合のスクリーン１０の外観について説明する。図５は、表示がオフの状態における、前方（＋Ｚ軸方向）から見たスクリーン１０である。スクリーン１０は、表示部１００と外枠部１０１とで機能が分割されている。プロジェクタ３１が投写光４を投写していない場合、つまり表示装置として表示がオフの状態において、スクリーン１０は、表示部１００と外枠部１０１との境界が認識されにくいことが望ましい。さらに、スクリーン１０は、それぞれの領域に外観上の違いが無いことが望ましい。その理由は、外枠部１０１の外観が表示部１００と異なっている場合、外枠部１０１があたかもスクリーン１０の枠のように認識され、表示装置として不要な枠が外観を損なうためである。図６は、表示がオンの状態における、前方（＋Ｚ軸方向）から見たスクリーン１０である。プロジェクタ３１が投写光４を投写している場合、つまり表示装置として表示がオンの状態においては、スクリーン１０の外枠部１０１には当然ながら不要なノイズ信号等が表示されないことが望ましい。

前述の機能を持たせるため、外枠部１０１にのみ別の部品を固定するという方法が容易に考えうる。外枠部１０１にのみ別の部品を固定するという方法は、表示部１００と外枠部１０１とで、その外観上の違いを無くす事が困難である。外枠部１０１にのみ固定された別の部品は、あたかもスクリーン１０の枠のように観察者に認識される。その結果、外枠部１０１にのみ固定された別の部品は、スクリーンの外観を損ねてしまう。本発明は、以下に説明するスクリーン１０の構成をとることにより、別部品を追加すること無くこのような課題を解決するものである。

スクリーン１０の表示部１００の製造方法の例を説明する。前述のとおり、表示部１００は光反射層１１、光拡散層１２及び光吸収層１３で構成される。図３は、図１における表示部１００の一部である１０ａを拡大した断面図である。光拡散層１２のフレネルレンズ１４を光硬化性樹脂などにより作成する。なお、ここでは簡単のため、光拡散層１２がフレネルレンズ１４の形状を持つとしているが、製造上の理由などから、光拡散層１２とフレネルレンズ１４とは別の隣り合った層という構成も取りうる。次に、光反射層１１をフレネルレンズ１４の面に生成する。この方法としては、例えば真空蒸着によりアルミ等の金属層をフレネルレンズ１４の面に生成する方法が挙げられる。光吸収層１３を形成する方法としては、カーボン粒子といった黒色顔料を分散させた樹脂を使用する方法が挙げられる。

このように製造されたスクリーン１０の表示部１００は、投写光４を観察者側に反射及び拡散させる一方で、照明光あるいは窓等の外部からの太陽光を吸収する機能を持つ。図３に示すように、照明光あるいは窓等の外部からの太陽光は、斜め上方向からスクリーン１０に入射する。このため、照明光あるいは窓等の外部からの太陽光は、直接に光吸収層１３で吸収される。照明光あるいは窓等の外部からの太陽光が光反射層１１で反射された場合、光は光吸収層１３で吸収されるか、下方向に向かう。このため、観察者側には光が反射されず、スクリーン１０に入射した照明光あるいは窓等の外部からの太陽光は、観察者に認識されない。一方、投写光４を投写した状態では図１に示すように、投写光４は斜め下方向からスクリーン１０に向かう。このため、投写光４は、光吸収層１３で吸収されること無く、光反射層１１で反射される。また、投写光４は、光拡散層１２で適度に拡散されて観察者に届き、映像として認識される。

外枠部１０１においては、光反射層１１及び光拡散層１２が無い構成とすることで、必要な機能を得ることができる。図４は、光吸収層１３を設け、光反射層１１及び光拡散層１２を形成しない構成としたスクリーン１００の外枠部１０１の一部である１０ｂを拡大した断面図である。スクリーン１０の前方（＋Ｚ軸方向）から後方にかけて光吸収層１３が配置される。この構成では、外枠部１０１に投写された投写光４が反射または拡散することが無い。そのため、投写光４が光拡散層１２で拡散し、観察者に映像として認識されることを防ぐ。なお、外枠部１０１における光吸収層１３の前方（＋Ｚ軸方向）の表面と表示部１００における光拡散層１２の前方（＋Ｚ軸方向）の表面とは同じ面である。

なお、上記で説明したフレネルレンズ１４とは、その溝が同心円状であり、光を一点に集光するものである。本発明におけるフレネルレンズ１４は、上記で説明したとおり、光反射層１１による反射光が下方向に向かうような構造である必要がある。そのため、フレネルレンズ１４は、レンズの中心より上部を切り出した構造となる。あるいは、溝が平行直線状であり、光を直線上に集光するリニアフレネルレンズを用いても良い。また、上記説明に用いた図面において表示部１００及び外枠部１０１の表面は平坦な面であるが、わずかな凹凸を有した面あるいは曲面であっても良い。

以上のように、この発明は、外枠部に投写された投写光４が反射または拡散することによる迷光を発生させない。また、この発明は、スクリーン１０の外枠部１０１に映像を映し出さない。さらに、この発明は、映像光を投写しない状態においてもスクリーン１０の外観を損ねない。

実施の形態２
本実施の形態は、実施の形態１における外枠部１０１において、光拡散層１２を光吸収層１３の前方（＋Ｚ軸方向）に形成したものである。本実施の形態における外枠部１０１は、表示部１００において有していたような光反射層１１及びフレネルレンズ１４を設けない。

図７は、光拡散層１２及び光吸収層１３を設け、光反射層１１とフレネルレンズ１４とを形成しない構成としたスクリーン１００の外枠部１０１の一部である１０ｂを拡大した断面図である。スクリーン１０の前方（＋Ｚ軸方向）に光拡散層１２が配置され、後方に光吸収層１３が配置される。この構成では、光反射層１１とフレネルレンズ１４とを形成しないため、外枠部１０１に投写された投写光４が、光反射層１１及びフレネルレンズ１４で反射されることがない。そのため、投写光４が光反射層１１で反射することにより観察者に映像として認識されることを防ぐ。また、光反射層１１を設けない構成においても、フレネルレンズ１４と光拡散層１２との界面で投写光４はわずかに反射され、観察者にとって映像が写っていると認識される場合がある。本構成の外枠部１０１は、投写光４がフレネルレンズ１４と光拡散層１２との界面でわずかに反射してしまい観察者に映像として認識されることも防ぐことができる。なお、外枠部１０１における光拡散層１２の前方（＋Ｚ軸方向）の表面と表示部１００における光拡散層１２の前方（＋Ｚ軸方向）の表面とは同じ面である。

この実施の形態においても、上記実施の形態と同様に、外枠部に投写された投写光４が反射または拡散することによる迷光を発生させない。また、この発明は、スクリーン１０の外枠部１０１に映像を映し出さない。さらに、この発明は、映像光を投写しない状態でもスクリーン１０の外観を損ねない。

実施の形態３
本実施の形態は、実施の形態１における外枠部１０１において、光拡散層１２にフレネルレンズ１４を形成する構成としたものである。すなわち、上で説明したスクリーン１０の表示部１００の製造方法において、外枠部１０１にのみ光反射層１１を形成しない方法をとる。具体的には、例えば真空蒸着によりアルミを蒸着して光反射層１１を形成する方法では、外枠部１０１にはアルミが蒸着されないようにマスキングする。他の方法として、例えば光反射率の高い例えば二酸化チタン等の顔料を分散させた樹脂により光反射層１１を形成する方法においても、外枠部１０１に樹脂が形成されないようにマスキングする。この構成により、本実施の形態においては、実施の形態１、２と異なり、表示部１００と外枠部１０１とを一体で形成することができる。

図８は、このように製造されたスクリーン１００の外枠部１０１の一部である１０ｂを拡大した断面図である。スクリーン１０の前方（＋Ｚ軸方向）に光拡散層１２が配置され、後方に光吸収層１３が配置される。光拡散層１２における、光吸収層１３との境界はフレネルレンズ１４の形状を持つ。フレネルレンズ１４のレンズ面は、表示部１００における光反射層１１の反射面と同様に前方（＋Ｚ軸方向）の斜め下方向に向けて、その面を有する。外枠部１０１に投写された投写光４は、光拡散層１２で拡散され、光吸収層１３で吸収される。このため、外枠部１０１に投写された投写光４は、映像として観察者に認識されない。その一方で、窓等の外部から入射する太陽光あるいは照明光等は、光吸収層１３で吸収されるため、スクリーンの外観を損ねない。なお、外枠部１０１における光拡散層１２の前方（＋Ｚ軸方向）の表面と表示部１００における光拡散層１２の前方（＋Ｚ軸方向）の表面とは同じ面である。

この実施の形態においても、上記実施の形態と同様に、外枠部に投写された投写光４が反射または拡散することによる迷光を発生させない。また、この発明は、スクリーン１０の外枠部１０１に映像を映し出さない。

実施の形態４
本実施の形態は、図９に示すように実施の形態１〜３のスクリーン１０と短焦点型のプロジェクタ３２を組み合わせた表示装置４１としたものである。上記の構成においては、観察者はスクリーンを中心あるいは上部から見ることになる。中心あるいは上部から映像光が出射されていない状態のスクリーンを見た場合、表示部１００は、その背面の光拡散層１２及び光吸収層１３により黒い外観となる。また、その場合、外枠部１０１は光吸収層１３により黒い外観となる。よって、映像光が出射されていない状態のスクリーンにおいても表示部１００と外枠部１０１との外観上の違いがない。

１０ スクリーン、 １００ 表示部、１０１ 外枠部、１１ 光反射層、 １２ 光拡散層、 １３ 光吸収層、 １４ フレネルレンズ、 ４ 投写光、 ３１ プロジェクタ、 ３２ 短焦点型プロジェクタ、 ４１ 表示装置。

Claims (4)

1. 映像光を反射し映像を表示する表示部と同じ面上において前記表示部の周りを囲んで位置し、光を吸収する光吸収層を有する外枠部を備えたことを特徴とするスクリーン。
2. 前記外枠部は、前記光吸収層より表側に存在し光を拡散する光拡散層を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載のスクリーン。
3. 前記光拡散層は、フレネルレンズ形状である
   ことを特徴とする請求項２に記載のスクリーン。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のスクリーンを備えることを特徴とする表示装置。

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