JP2001296609A - 投射スクリーン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コントラストを向上させて投射映像（１８）
を反射するための能動的スクリーン（１６）を提供す
る。 【解決手段】 投射スクリーン（１６）は、スペクトル
の可視領域の光学的特性が電場の影響の下で変化を受け
る能動層（２４）と、能動層（２４）間に電場を印加す
るための第１の電極（２８）と第２の電極（２６）と、
光電性層（３０）を持つ。光電性層は、能動層（２４）
の局所領域における層間の電場が、その領域の光導電素
子上に入射する光の量に依存するように配置される。そ
の結果、投射スクリーン（１６）の局所反射率は当領域
に入射する光の強度に依存する。一実施形態において
は、投射スクリーン（１６）の反射率は光強度の増加に
従って増加し、その結果、反射映像のコントラストが向
上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は投射映像を反射する
ためのスクリーンに関するものであり、特にコントラス
トを高めて投射映像を反射するための能動的スクリー
ン、および、そのようなスクリーンを含む投射システム
に関する。

【０００２】

【従来の技術】大勢の人が集団で一つの映像を見られる
ようにする場合、投射機を用いて拡散反射性表面をもつ
スクリーン上に映像を投射することによって、映像を拡
大して見せることがよく行われる。屋内用のスクリーン
は通常数平方メートルの面積を持ち、屋外用のスクリー
ンは１０ｍ^２あるいはそれ以上の面積を持つ場合もあ
る。

【０００３】しかしながら、スクリーンに反射される周
辺光のために、映像のコントラストの低下が生じる。そ
のため、より強力な投射機の使用が要求される。周辺光
の量は暗くした室内で映像を見ることによって減少させ
ることができるが、これはいつでも可能であるわけでは
なく、かつ不便な場合もある。

【０００４】約４５度以下の入射角度において反射率の
減少する反射性材料を用いることによって、視聴者の方
向に反射される周辺光の量が制限されることが知られて
いる。しかしながら、これによって、十分な視聴可能角
度の範囲を減少させてしまうという望ましくない結果に
なる場合もある。また、周辺光のいくらかは投射光と同
じ方向から来るために、この方法の有効性には限界があ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】高いコントラストを得
るために、プラズマ・アドレス液晶ディスプレイ（plas
ma addressed liquid crystal displays）、および電界
放出ディスプレイ（field emission displays, FED）が
用いられているが、これらは、１ｍ^２あるいはそれ以上
のオーダーの面積を持つディスプレイを作るのに用いら
れる場合は、高価なものになることがある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、一実施形態に
おいて、投射映像を第１の面からコントラストを高めて
反射するための投射スクリーンを提供する。この投射ス
クリーンは、電場の影響の下で反射率の変化を受ける能
動層（an active layer）、能動層間に電場を与えるた
めの少なくとも一つの電極、および、光照射下で電気的
あるいは誘電的特性の変化を受ける光電性材料から成
る。能動層の局所領域における層間電場がそのような局
所領域の各々の光電性材料上に入射する光の量に依存す
るように、光電性材料は構成される。その結果、能動層
の反射率は、その局所領域における投射スクリーンの第
１の面上に入射する光の強度に局所的に依存する。

【０００７】光電性材料には、第１の電極に流れる電流
を制御するように適合された光導電素子が望ましい。も
う一つの有利な構成においては、第２の電極も用いら
れ、それによって能動層間の電場が第１の電極と第２の
電極との間に与えられる。この場合、光電性材料はどち
らかの電極に流れる電流を制御するよう適合された光導
電素子である。

【０００８】電極のうちの一つは投射スクリーンの第１
の面と光電性材料の間に配置される。その場合、この電
極は光透過性であることが望ましい。透過性という語は
いくらかの吸収は起こり得るという可能性を含むことを
理解されたい。

【０００９】スクリーンの光学的特性を、スクリーン全
体の光学的特性を変化させることなく、局所的に変化さ
せることができるので、映像のコントラストと鮮鋭度
（sharpness）を向上させることができる。

【００１０】スクリーンは層構造をもっているので、広
い面積にわたって平面状に作ることができ、そして、大
勢の人が集団でそれを見ることができるように、例えば
壁面上に、垂直に設置することができる。

【００１１】投射スクリーンは光を発しないので、電界
放射ディスプレイやＣＲＴのような発光型ディスプレイ
よりも電力消費が少なく、かつ広い面積に映像を表示す
るのにより適している。

【００１２】スクリーンの局所反射率は、スクリーン上
への入射光の関数である場合がある。この場合、反射映
像を見ることができるように、映像はスクリーンの前面
に投射される。一実施形態においては、ある場所におけ
るスクリーンの局所反射率は、その場所におけるスクリ
ーン上への入射光の強度が増すと、増加する。これによ
り、スクリーンは投射映像の明るい部分ではより多くの
光を反射することができるようになる。それによって、
一様な反射率を持つスクリーンを用いて得られるコント
ラストに比較して、反射映像のコントラストを向上させ
ることができる。

【００１３】能動層には、光を反射する反射状態か、あ
るいは光の反射が少ないか全くない低反射状態にするこ
とができるよう、反射率を電場の影響の下で変化させる
ことができるものを用いるのが望ましい。能動層が反射
状態になっているような領域においては、スクリーンの
前面に入射する可視光が反射され、見ることのできる映
像を作る。能動層は、閾値を超える電場が層に加えられ
た時には非反射状態になり、層に加えられる電場が閾値
以下である時には反射状態になる、標準モード能動層で
ある場合がる。一方、閾値を越える電場が加えられた時
にのみ反射状態になる、反転モードが用いられる場合も
ある。

【００１４】能動層のバルク（bulk）および／あるいは
インタフェースの光学的特性が反射率の変化の原因であ
ることを理解されたい。能動層の反射率は能動層のバル
ク内の光散乱に依存し、非反射状態時には散乱が低減さ
れることが望ましい。能動層は液晶材料で構成される場
合がある。能動層は、構造マトリクス（a structuralma
trix）内に埋め込まれた液晶材料、あるいは他の光学的
活物質（optically active material）の領域から成る
のが望ましい。望ましい一実施形態においては、能動層
は高分子分散型液晶材料であり、高分子マトリクスに埋
め込まれた液晶微小粒（droplets）あるいはポケットか
ら成る。

【００１５】能動層は、所望のときに層に電場を与える
ことができるよう、電気的に絶縁した層であることが望
ましい。しかしながら、ある実施形態においては、能動
層は透過性の光導電素子材料で構成されている。

【００１６】能動層が反射状態から非反射状態に遷移す
る電場閾値は、入射光が予め調節された値以下である領
域におけるスクリーンの反射率のスイッチを選択的に切
るために、明確に定義されていることが望ましい。しか
しながら実際には、もし、例えば微小粒の大きさが一様
でなかったり、あるいは他の非一様性が能動層に存在す
るならば、遷移はある幅を持った電場の値の範囲で起こ
るということが理解されるであろう。

【００１７】能動層が状態を変化させる入射光強度の予
め設定されたレベルは、周辺光のレベル以上であるよう
に選ばれることが望ましい。周辺光のみがスクリーン上
に入射している投射映像の暗い領域においては、スクリ
ーンは暗い状態を保ち、それによって映像のコントラス
トを改善する。ある範囲の周辺光条件下においてスクリ
ーンが良好なコントラストを提供することができるよ
う、電位差計あるいは他の調節手段が、能動層が状態を
変化させる閾値光レベルを調節するために提供されるこ
とが望ましい。調節手段は手動でもよいし、あるいはそ
の代わりに、例えば光センサーを持つ電子回路から成
る、自動調節手段が提供されてもよい。

【００１８】もしスクリーンが反射映像を表示するため
に使用されるならば、能動層は非反射状態のとき透過性
であろう。この場合、吸収面を能動層の後ろに設置する
ことが望ましい。これにより、スクリーン上に入射する
映像の暗い部分を暗く見えるようにすることができる。

【００１９】光電性材料は、室内温度のような典型的な
動作温度において、予め定められた周波数領域内の光照
射下でのみ導電性となる光導電素子であることが望まし
い。しかしながら、電流が光電性材料を流れることが要
求されない場合は、光に依存した誘電率を持つ材料が用
いられる場合がある。

【００２０】光電性材料は、第１および第２の電極の間
に、能動層に隣接して配置される層の形をとる場合があ
る。もし光電性層が非透過性ならば、それは能動層の後
ろに配置されるほうが望ましい。しかし、もし光電性層
が透過性ならば、能動層の前に配置されてもよい。

【００２１】ある実施形態においては、反転モード能動
層と光導電素子の層が、第１と第２の電極の間に、お互
い隣接して配置される。スクリーン上に十分な強度の光
が入射している場所では、光導電素子は導電性となり、
それによって、能動層を横切る電場、および、それらの
場所における能動層の反射率を増加させる。光導電素子
が絶縁状態のままである領域においては、能動層を横切
る電場はあまり変化しない。この実施形態においては、
能動層が絶縁体であるので、光導電素子には大きな電流
は流れない。したがって、電力消費が少ない。

【００２２】また別の実施形態においては、光導電素子
は能動層の一部を成し、能動層は構造マトリクスに埋め
込まれた液晶材料、あるいは他の光学的活物質の領域を
含み、液晶の各領域が少なくとも部分的に透過性の光導
電素子の層によって仕切られる（bounded）。

【００２３】また別の実施形態においては、能動層は、
透過性の光導電素子材料でできた構造マトリクスに埋め
込まれた光学的活物質の多数の独立した領域（separate
d regions）より構成される。光導電素子が絶縁状態で
ある領域において能動層に電場が印加されるよう、能動
層は第１および第２の電極と各々の表面でそれぞれ接触
していることが望ましい。

【００２４】第１の電極に電流が通電されたときに局所
電場が能動層に印加されることができるように、少なく
とも第１の電極は高抵抗部および低抵抗部を持つ構造と
なっている場合がある。これによって、異なる照度レベ
ルの光を受けるスクリーンの隣接した局所領域に異なる
反射率を持たせることを可能にし、それにより反射映像
の鮮鋭度が保持される。第１の電極は単一の要素として
形成される場合がある、すなわち低抵抗部が高抵抗シー
ト上に堆積される。あるいはまた、低抵抗部が低抵抗マ
トリクスから形成される場合もある。高抵抗部は、光導
電素子と電気的に接触している抵抗リンク（resistive
links）によって形成される。それによって、第１の電
極は低抵抗部を通じて多数の高抵抗部に電流を供給す
る。

【００２５】光が大きな減衰を受けることなく能動層に
よって反射されるためには、光導電素子は入射光の方向
において能動層の後ろに配置されることが望ましい。能
動層が反射状態であるときに十分な光が光導電素子に達
することができるようにするために、多数の窓（window
s）が能動層を貫いて設けられる場合がる。窓の側壁は
能動層の表面に対して垂直に作られている場合がある。
あるいはまた、光が窓を通って光導電素子に達すること
のできる立体角の範囲を制御するために、側壁に傾斜が
設けられている場合もある。

【００２６】光が窓を通って光導電素子に達することの
できる立体角の範囲をさらに制御するために、各窓にレ
ンズのような光学部品が与えられる場合もある。

【００２７】あるいはまた、光導電性材料が能動層内の
窓を通して配置され、能動層の両面に据えられた第１と
第２の電極と電気的に接触している場合がある。光が光
導電素子に入射すると、両電極間に導電路が形成され、
導電路が形成されている領域における能動層を横切る電
場を減少させ、その領域におけるスクリーンの反射率を
増加させる。

【００２８】投射スクリーンは少なくとも一つの第３の
電極を含む場合がある。この場合、スクリーンは、能動
層が第１の電極と第２の電極の間に挟まれ、かつ光導電
素子が第１の電極と第３の電極の間に挟まれるように配
置される。光導電素子の領域を流れる電流は第１と第３
の電極を流れ、第１の電極の一つ以上の領域における電
位を変化させる。その結果、それらの領域の能動層間の
電場を変化させる。第２の電極は低抵抗の電極であるこ
とが望ましい。そして、もし第３の電極が用いられるな
らば、特に電流が電極に流される場合、反射映像のコン
トラストが歪みを受けるリスクを低減するために、これ
らの電極の各々が等電位近くである状態を維持するよ
う、これもまた低抵抗の電極であることが望ましい。電
極のうち一つ以上は、能動層間の電場をより制御しやす
くするために、平面状であることが望ましい。

【００２９】屋外のようないくつかの条件では、周辺光
レベルが可視投射映像の光レベルと同等かそれよりも高
い場合がある。それ故、近赤外、あるいは他の不可視波
長帯の制御映像が、スクリーン上に可視映像を作る投射
映像に加えられる場合がある。この場合、制御映像は可
視映像の強度分布を表すものである。

【００３０】スクリーンは、その光学的特性が制御映像
によってのみ影響を受けるように適合されることが望ま
しい。ある実施形態においては、スクリーンは、予め定
められた範囲の立体角内でスクリーン上に入射する光に
のみ反応してその光学的特性が変化するよう適合され
る。かつスクリーンの光学的特性が制御映像にのみ反応
して変化するよう、可視映像と制御映像の入射角度が異
なっている。

【００３１】その代わりに、あるいはそれに加えて、ス
クリーンの反射率あるいは他の光学的特性を制御映像に
よって制御するために、可視光にあまり敏感でない光電
性材料が用いられる場合もある。これにより、たとえ可
視周辺光レベルが高くても、映像の暗い部分ではスクリ
ーンは非反射状態であることが可能になる。

【００３２】もし可視光に敏感な光導電素子が用いられ
るならば、可視域の光から光導電素子を遮蔽するために
フィルターがつけられる場合がある。あるいはまた、光
導電素子が、その容積が所望の波長に同調された共振空
洞を形成するように形作られる場合もある。

【００３３】可視映像の最大強度が赤外線映像の最小強
度に対応するように、制御映像が可視映像に関して反転
される場合がある。もしこのような反転映像が作られる
ならば、光強度の増加に伴って反射率の減少するような
スクリーンが用いられることになる。

【００３４】制御映像の強度は必ずしも各々の場所での
可視映像の強度に比例するわけではないことを理解され
たい。実際は可視領域におけるスクリーンの反射率が入
射可視光の強度に比例しないので、それを補償するため
に、制御映像の強度と可視映像の強度との間の関数関係
は非線形である場合がある。

【００３５】スクリーンは投射システムの一部として使
用されるものであるので、本発明のより進んだ形態によ
ると、上記の投射スクリーン、および投射スクリーン上
に映像を投射するための投射機を含む、投射システムが
提供される。

【００３６】投射機は、スクリーン上に不可視制御映像
を投射するよう適合され、かつスクリーンは、スクリー
ン上の異なる場所における反射率が少なくとも部分的に
それらの場所における制御映像の光強度によって決定さ
れるよう、適合される。それにより、制御映像と同時に
投射される可視映像のコントラストを増加させるため
に、制御映像を用いることが可能となる。あるいはま
た、スクリーンから反射された周辺光が制御映像を表す
映像を形成するように、投射機は制御映像のみを投射
し、制御映像はスクリーン上の周辺光の反射率を調節す
るために用いることもできる。

【００３７】制御映像と投射映像は別々の投射機によっ
てスクリーン上に投射される場合もある。この場合、投
射システムは、可視映像を投射するための主投射機と、
制御映像を投射するための制御投射機で構成されること
になる。最も効果的なコントラストを得るためには、不
可視制御映像が可視映像よりも高い解像度で与えられる
のが有利である。

【００３８】投射機は制御映像をスクリーンの前面に投
射する場合がある。この場合、スクリーンの反射率は制
御映像によって制御される。あるいはまた、スクリーン
の背面に制御映像を投射してスクリーンの前面の反射率
を制御することにより、可視反射映像をスクリーン上で
作る場合もある。

【００３９】投射システムはカラー映像を生成するのに
用いることもできる。ある実施形態においては、カラー
の映像を生成するために、投射機は連続した単色映像を
投射するよう適合される。各々の単色映像は異なった色
を一色ずつもつ。そして、それらは多数の色をもった単
一の映像として知覚されるほど十分高速に交互に投射さ
れる。各々の単色映像は、一つの単一色がスクリーン上
に投射されるのと同時に、あるいはその直前に制御映像
を投射することによって、生成するのが望ましい。

【００４０】制御映像が不可視である場合、一様な、あ
るいは制御映像に異なった模様を運ぶ可視光をスクリー
ン上に投射して、制御映像の表す像を可視的に表示させ
ることもできる。そのような映像は、エレクトロルミネ
センスあるいはフォトルミネセンスによるのではなく、
スクリーンの光学的特性を変化させることによって形成
されるので、本発明は、このさらに発展した形態におい
て、不可視像を見る簡便な方法を提供する。

【００４１】スクリーンの反射率あるいは透過率は、ス
クリーン上の各々の場所において、スクリーン上に入射
する可視光がスクリーンによって反射あるいは透過され
ても同じ周波数に維持されるようにするために、制御映
像によって制御されるのが望ましい。

【００４２】スクリーン上に一様に当たる周辺可視光の
ような光が、スクリーンによって非一様に反射され、見
ることのできる映像を形成するようにするために、不可
視光の光源を投射機として、スクリーン上に投射される
制御映像によってスクリーンの反射率を制御するように
することもできる。あるいはまた、白色光源をスクリー
ンの後ろに据えて、制御映像を用いて異なる場所のスク
リーンの透過率を制御することもできる。

【００４３】不可視光の光源は自然に生じ得るもので、
火がついて燃えている木のように、黒体放射光を発する
熱い物体によって作られる場合もある。本表示スクリー
ンは、消防士が熱い物体をもっとよく見ることができる
ように、消防士のヘルメットのヴァイザー（visor）と
して使用することもできる。

【００４４】他の実施形態においては、表示システムは
赤外線暗視システムとして使用される。スクリーン上へ
の入射可視光は電力による光源によって随意に供給され
る。

【００４５】

【発明の実施の形態】図１において、投射システム１０
の断面が示されている。投射システム１０は、投射スク
リーン１６上に入射光１４を投射する投射機１２を持
ち、投射スクリーン１６上で入射光１４は拡大映像１８
を作る。入射光１４がスクリーン１６によって反射され
て、画像を見ることができる。わかりやすいように反射
光２０はスクリーンから一方向のみに反射されているよ
うに示されているが、実際は、入射光はスクリーン１６
によって散乱されるか、またそうでなければ、ある範囲
内の方向に反射される。したがって、画像１８は投射機
１２に関してさまざまな場所から見ることができる。

【００４６】スクリーン１６の第１の実施形態の断面を
表した図が図２に示されている。スクリーン１６は、電
場の影響の下でその光学的特性を変化させることのでき
る材料でできた能動層２４を含む層構造を持っている。
ここでは、能動層は高分子分散型液晶から作られてい
る。電場が加えられていない緩和状態においては、能動
層２４は光を散乱させるので、能動層は入射光１４を拡
散的に反射する効果をもつ。しかし、電場が加えられる
と、能動層は光に対して透過性になる。

【００４７】後部電極２８（第１の電極）、および前部
電極２６（第２の電極）は、それらの間に電場が加えら
れるように、能動層２４の両面上に配置されている。投
射機１２からの光１４が入射する前部電極２６は、導電
性材料２６ｂの透過性層から作られている。ここでは、
導電性材料２６ｂは酸化インジウム錫（Indium Tin Oxi
de, ITO）であり、基板を形成する材料である透過性プ
ラスチック材料２６ａの層上に被覆されている。前部電
極２６は、導電性材料２６ｂが能動層の一方の面に隣接
して位置するように配置されている。

【００４８】後部電極２８の背後には、金属シート３２
ｂで被覆されたプラスチック材基板３２ａより成る、電
流シンク電極３２（第３の電極）が提供されている。後
部電極２８と電流シンク電極３２は、両者の間の光導電
性層３０によって隔てられている。光導電性層３０は、
光照射を受けている部分でのみ導電性となるよう選択さ
れている。光導電性層３０は、有機光半導体（Organic
Photoconductor, OPC）材料のような光吸収性材料より
形成されており、光をほとんど反射しないで色が暗く見
えるように、随意に暗色の色素材が加えられる。

【００４９】能動層２４を通り抜けた光が後部電極２８
を通過して光導電性層３０に達することができるため
に、後部電極２８は十分透過性が高い。

【００５０】選択された局所部位においてのみ能動層２
４を横切って電位差を加えることを可能にするために、
図３に示されるように、後部電極２８は、高導電性部４
０と低導電性部４２を持つ構造となっている。低導電性
部４２は、高シート抵抗をもつ材料の層より形成されて
いる。高導電性部４０は、高抵抗部と電気的に接触した
低抵抗性材料の並列ストリップ（strips）（母線（busb
ars）としても知られている）より形成されている。後
部電極２８は高抵抗部における導電性材料の層４２を薄
くすることによって一体的に作ることもできるが、本例
では、高抵抗性シート上に低抵抗性ストリップ４０を堆
積させて作っている。低抵抗性（高導電性）ストリップ
４０は一方向に並べられているが、その代わりに、二次
元格子パターンを形成するように配列することもでき
る。

【００５１】後部電極２８は、外部からの電気的接触
が、高導電性ストリップ４０の、両端部の方が望ましい
が、少なくとも一方の端部になされるように、少なくと
もその周囲の一部に沿って配置された接触領域４４を持
つ。

【００５２】外部電気的接触部Ａ、ＢおよびＣがそれぞ
れ、前部電極２６、後部電極２８、およびシンク電極３
２に付与される。それにより、電位Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を
それぞれの電極２６、２８、３２の接触部において与え
ることができる。

【００５３】直流（ＤＣ）動作モードの一例において
は、シンク電極３２の電位Ｖ３は、前部電極２６の電位
Ｖ３と中間電極２８の接触部Ｂに印加された電位Ｖ２と
の間に保たれる。すなわち、Ｖ２＜Ｖ３＜Ｖ１、あるい
はＶ１＜Ｖ３＜Ｖ２である。シンク電極はＶ３＝０であ
るように接地されるのが望ましく、そして本例において
は、Ｖ１およびＶ２は絶対値が等しく正負が逆であるよ
うに、すなわちＶ１＝−Ｖ２であるように選ばれる。し
たがって、強い光照射がなければ、能動層２４の間には
電位差２Ｖ２が存在することになる。そのため、能動層
は透過性状態に維持される。（典型的には、Ｖ１は約−
１０Ｖ、Ｖ２は約＋１０Ｖである。）周辺光の条件下で
は、光導電性層３０はあまり電気を通さず、能動層は透
過性状態である。そのため、スクリーン１６上に入射す
る光は光導電性層３０によって吸収され、スクリーンを
暗く見せる。

【００５４】しかしながら、強い光がスクリーン上に入
射すると、入射した場所では光導電性層３０は導電性と
なる。これにより、後部電極２８上の局所電位Ｖｌｏｃ
はΔＶだけ減少する（すなわち、Ｖｌｏｃ＝Ｖ２−Δ
Ｖ）。したがって、能動層２４間の局所電位差Ｖ１−Ｖ
ｌｏｃは同じΔＶだけ減少する。この能動層２４間の電
位の局所的減少ΔＶによって、能動層２４は局所的に少
散乱あるいは透過性状態から光をより多く散乱する状態
に変化するようになる。その結果、スクリーン１６は、
強い光が当たっている場所ではより反射率が高くなる。

【００５５】増幅反射率効果と呼ぶこともできるこの効
果は、反射映像のコントラストを増大させる。なぜな
ら、周囲光だけしかスクリーン上に当たっていない映像
の暗い部分においては、反射は低減されてスクリーンは
暗く見えるのに対して、映像の明るい部分においては、
スクリーンは白色反射スクリーンとして振る舞い、反射
光の強度を高めるからである。

【００５６】図１に示されるもう一つの構成要素は、周
囲光センサー１３である。これは、周囲光の大きな変化
に対するシステムの応答を向上させるのに用いることが
できる。周囲光センサー１３は目立つ周辺光の強度を測
定するよう構成され、かつ能動層の応答を向上させるよ
う構成されている。例えば、能動層は、入射光強度に応
じてスクリーンの反射率を変化させるために、完全反射
状態から無反射状態まで、急激に遷移するか、あるいは
少しずつ遷移するように適合される。もしこのような遷
移が、入射光レベルが周囲光レベル以上であるときに起
こるならば、スクリーン上に周囲光しか入射していない
投射映像の暗い部分においては、スクリーンは暗い状態
のままであるので、それによって映像のコントラストを
向上させる。もし背景光レベルが大変大きく変化するな
らば、背景光レベルに応じてシステムの応答を変化させ
ることが強く望まれる。（さもなければ、システムは非
常に高レベルの周囲光に対応させて設計されねばなら
ず、したがって非常に明るい投射が必要になる。）これ
は、電場を決定する回路における電位計を手動制御する
ことによって達成することもできる。しかし、できれ
ば、周囲光センサー１３の示度に応じて自動的に調節さ
れる方がよい。周囲光センサー１３は適当な光電構成要
素である。

【００５７】どのようにして能動層２４間の電位変化Δ
Ｖを局部的に生じさせ、それによって鮮明な映像を作る
ことができるのかをより明確に理解するためには、光が
光導電性層３０上に入射する一つまたは複数の箇所でし
か、電流は後部電極２８とシンク電極３２との間に流れ
ないことに注意しなければならない。後部電極２８への
外部接触部Ｂは当電極２８の周囲に設けられているの
で、電流は、光導電性層３０が導電性となっている場所
において光導電性層３０を垂直に（層面に垂直に）流れ
る前に、後部電極２８内で横方向に（層面に平行に）少
なくともある距離だけ流れなければならない。

【００５８】後部電極２８内を横方向に流れる電流は、
大部分は、大きな電位降下を生じることなく、高導電性
ストリップ４０に沿って流れる。大きな電位降下は、電
流が、光導電性層３０が導電性になっている部位に到達
するために、高抵抗性シートを横方向に流れなければな
らない場所でのみ生じる。したがって、後部電極２８は
ほとんど同電位Ｖ２で一定であるが、光導電性層３０上
に光が入射している部位とその部位に最も近接した導電
性ストリップ４０との間の領域は例外である。この領域
においては横方向の電位勾配が生じ、光導電性層３０が
導電性である部位において最小電位Ｖ２−ΔＶとなる。

【００５９】後部電極２８内で大きな電位勾配の生じ得
る最大横方向範囲は、スクリーン１６の反射率が変化す
る典型的な最小長さスケールを定める。そして、それは
導電性ストリップ４０間の間隔によって支配される。本
例では、導電性ストリップ４０は１０μｍの幅を持ち、
１００μｍおきに並んでいるので、ストリップ間の間隔
は９０μｍである。これは非常に小さいので、肉眼では
容易に知覚できない。導電性ストリップ４０に近接する
能動層２４の光学的特性にはほとんど変化は起きないの
であるが、導電性ストリップは後部電極の表面面積の無
視できるほどの割合しか占めない。本例においては表面
面積の約１０％である。

【００６０】好ましい動作モードにおいては、能動層の
劣化を低減するために、交流（ＡＣ）電圧が前部電極２
６と後部電極２８との間に印加される。ある可能な構成
においては、Ｖ１およびＶ３が接地電位に保たれ、−１
０Ｖと＋１０Ｖの間で変動する交流電圧が後部電極Ｖ２
に印加される。能動層間の時間平均した電場がゼロであ
るので、能動層内のエレクトロマイグレーション（elec
tromigration）、あるいは電荷蓄積のような有害な効果
が低減される。

【００６１】能動層２４の厚み、光導電性層３０の感
度、後部電極２８の抵抗特性、および電極２６、２８お
よび３２の間に印加される電圧のような装置パラメータ
は、相互依存した量であることを理解されたい。例え
ば、能動層２４の厚みを増すと、それを透過性状態に維
持するのに必要な電位差を増加させることになるが、一
方、光導電性層３２に達する光の量を減少させることに
なる。その結果、能動層２４間の電場にさらに影響を与
える。実際、能動層２４が光散乱状態にあるとき、能動
層２４を光散乱状態に維持するために、十分な光がなお
光導電性層３０に達することができるように、装置パラ
メータは選択される。

【００６２】一般的には、前部電極２６は５０ｎｍから
１０００ｎｍの範囲の厚みをもったＩＴＯの層２６ｂで
構成されている。本例では能動層はＰＤＬＣであるが、
その厚みは一般的に１０μｍから５０μｍの範囲にあ
る。後部電極２８は、一般的に２５ｎｍから１０００ｎ
ｍの範囲のＩＴＯの抵抗性シートより成る。これが高抵
抗性領域４２を形成し、その上に約１μｍの厚さの銅、
あるいはアルミニウムの導電性ストリップ４０が堆積さ
れる。光導電性層３０は、一般的に１−２０μｍの範囲
の厚みをもった被覆ＯＰＣである。そして、シンク電極
３２は、１μｍから２０μｍの範囲の厚みを持つアルミ
ニウム被覆より成る。

【００６３】本発明の第２の実施形態が図４に示されて
いる（第１の実施形態における要素に相当するものには
同じ番号が与えられている）。この実施形態は、能動層
２４の後ろに配置された光導電性層３０上に入射する光
の強度を増すために、窓３４が能動層を貫いて作られて
いる点において、主として第１の実施形態と異なる。窓
は特に、能動層２４が光散乱状態にあるとき、重要であ
る。なぜなら、さもなければ、光は光導電性層３０に達
する前に大きく減衰を受けてしまう可能性があるからで
ある。その結果、光導電性層３０の抵抗のために、能動
層２４が十分散乱性になることが妨げられてしまう可能
性がある。

【００６４】そのような考え得るフィードバック効果を
さらに制御するために、図４に示されるように、能動層
２４の窓３４の後方を除く全ての場所で光導電性材料が
取り除かれているように、光導電性層３０は構成されて
いる。しかしながら、窓３４をもつ能動層２４は、パタ
ーン化されていない光導電性層３０とともに用いられる
場合もあることを理解されたい。図４において、光導電
性材料が取り除かれた部分は、スクリーン１６の構造的
強度を保つために、エポキシ樹脂で満たされている。

【００６５】一般的に、窓は約１０μｍの横方向寸法を
持ち、約１００μｍの周期をもつ二次元周期アレイの形
で配置される。

【００６６】図４において、能動層２４を貫く窓３４
は、能動層２４の前面と後面に垂直に配置された平行側
壁３５を持っている。一方、周囲光が窓３４を通り光導
電性層３０上に達することのできる入射立体角を制御す
るために、微小レンズが窓３４に与えられる場合もあ
る。窓３４の側壁３５は、周囲光の影響をさらに低減す
るために、光吸収材料で被覆される場合もある。

【００６７】本発明の第３の実施形態が図５に示されて
いる。図において、スクリーン１６は構成要素として、
前部電極２６、後部電極２８、および両者間に挟まれる
能動層２４を含んでいる。前部電極は透過性であり、先
の実施形態に関する図３で示された後部電極と同様に、
高抵抗領域４２と低抵抗ストリップ４０をもつ構造とな
っている。後部電極２８は、それに入射する光の反射を
低減するために、能動層２４に面した光吸収層２９を持
っている。

【００６８】能動層は多数の窓３４を持っている。光導
電性柱３０が、各窓を通して、能動層２４の両面上の前
部電極２６と後部電極２８との間に配置されている。

【００６９】動作において、前部電極２６と後部電極２
８にそれぞれ接続する接触部ＡおよびＢに、電位差Ｖが
印加される。

【００７０】周辺光条件の下では、光導電性柱３０上に
入射する光は、これらの柱が導電性になるのに十分な強
度がないので、接触部ＡとＢの間に印加された電位差Ｖ
は能動層２４間に存在する。したがって、能動層２４は
透過性状態であり、周辺光は能動層を通って後部電極２
８の面２９へ伝えられる。そこで光は吸収され、スクリ
ーンを暗く見せる。

【００７１】投射光の照射を受けているスクリーンの領
域においては、光強度は光導電性柱３０が導電性となる
のに十分である。そして、前部電極の抵抗のために、投
射光１４によって導電性となっている一つ以上の柱３０
の近傍において、前部電極２６と後部電極２８との間の
電位差が減少する。前部電極２６と後部電極２８との間
の電位差が局所的に減少することにより、能動層間の電
場の減少がもたらされ、能動層２４を、光を反射する光
散乱状態に切り替える。この結果、スクリーン１６上に
投射光が入射する映像の明るい領域では、スクリーン１
６の局所反射率を増加させ、反射映像のコントラストを
増大させる。

【００７２】もし、上記の実施形態のいずれかにおい
て、交流幹線路電源により電力の供給される多くの周辺
光源が存在する場合のように、周辺光強度が周期的に変
化するならば、能動層の反射率に対する周辺光の影響
は、投射映像強度の時間的最大と能動層間の電圧の時間
的最大が周辺光の変化の時間的最小と同時に起こるよう
に、投射映像の強度を周辺光と同じ周波数で変化させる
ことによって、さらに低減することができる。

【００７３】その代わりに、あるいはそれに加えて、反
射映像のコントラストをなおいっそう改善するために、
スクリーンの反射率が周辺光の強度と位相を異にし、周
辺光強度が最も低いときにスクリーンの反射率が最も高
くなるように、スクリーンの反射率を周辺光と同じ周波
数で変化させることもできる。スクリーン全体の反射率
を一様に変化させる場合もあるし、あるいはまた、スク
リーン上の投射映像の明るい部分のみを変化させる場合
もある。

【００７４】本実施例および他の実施例において、与え
られる能動層間の電場の時間的同期化は、投射映像の強
度と関連しないことに注意されたい。

【００７５】示される実施形態のあるものにおいては、
もし投射映像が投射スクリーンの特定の光学的特性（例
えば、スクリーン構造内に窓の中の光学的要素を含むよ
うな実施形態における特性）に対して最適化されると、
投射スクリーンはさらによい応答を行う場合がある。こ
れらの場合においては、投射機は、従来の投射スクリー
ン上に投射される映像ではなく、投射スクリーン１６の
ために最適化された映像を投射する方が有利である。こ
れを達成するために、例えば、投射機１２は「標準投射
（normal projection）」モードと「能動的スクリーン
用投射（activescreen projection）」モードとの間の
切り替えができるように設計することができる。また、
ある条件においては、能動的スクリーンは（一様な反射
特性を持った）従来の投射スクリーンよりも効果が劣る
場合があり、投射スクリーン１６に「能動（active）」
モード（その場合、スクリーンは本明細書で示されるよ
うに振舞う）、あるいは「受動（passive）」モード
（その場合、スクリーンは普通の受動的スクリーンの応
答をするように制御されることになる）のどちらかを選
んで動作する機能を持たせるというようなことも可能で
ある。

【００７６】より進んだ実施形態においては、近赤外光
のような可視スペクトル外の光１４が、赤外線感受性光
導電素子３０を導電性にすることによって、スクリーン
１６の反射率を制御するために使用され得る。図２、４
および５で示されるような構造を持ったスクリーンと、
図３で示されるような構造を持った電極が使用可能であ
る。

【００７７】（図１で示されるような）投射機１２によ
って投射される制御映像は投射可視映像と一致したもの
である場合がある。可視光には反応しない光導電素子３
０が用いられ、それによって周辺光によってスクリーン
１６が高反射率状態になる可能性を低減する。

【００７８】あるいはまた、スクリーンの反射率を調節
するために、スクリーン上に当たる周辺光が制御映像の
強度に一致する空間的強度を持ってスクリーンから反射
されるように、制御映像がスクリーン上に投射される場
合もある。

【００７９】制御映像は可視映像を投射するのと同じ投
射機１２によって投射される場合もあり、また、制御映
像を投射するのに別個の制御投射機１３が用いられる場
合もある。

【００８０】本発明のさらに進んだ実施形態が図６に示
されている。図において、反転（negative）投射映像用
に用いられるスクリーンの断面の概要図が示されてい
る。光１４が入射するスクリーン１６の前面より、スク
リーンは、透過性の前部電極２６、ＰＤＬＣから作られ
ている能動層２４、赤外光に感応する光導電性層３０、
および光導電性層３０に面した光吸収面２９を持った後
部電極２８で構成されている。接触部ＡおよびＢはそれ
ぞれ、前部電極２６および後部電極２８に接続されてい
る。

【００８１】前部電極２６と後部電極２８は両方ともシ
ート抵抗が低いので、動作中、接触部ＡとＢの間に電位
Ｖが印加されたとき、電極２６、２８はそれぞれが等電
位体（an equipotential）である。

【００８２】光導電素子上に赤外光が全く入射しないと
きは、光導電性層は絶縁体であり、電位Ｖは二電極２
６、２８間でほとんど全て降下し、その一部は導電性層
３０間で降下する。電位Ｖは、能動層２４間の電場が、
能動層が光散乱状態にあり、したがってスクリーン１６
が反射性であるのに十分低くなるよう、選択される。

【００８３】赤外光がスクリーン１６上に入射する領域
においては、赤外光は能動層を通り抜け、光導電素子を
局所的に導電性にさせる。これにより能動層内の局所電
場が増大し、能動層は透過性状態を維持する。能動層２
４と光導電性層３０の相対的な厚み、および電圧Ｖは、
能動層２４間の電場の局所的増加による能動層２４の透
過性状態への切り替わりが、光導電性層３０が導電性に
なっている領域でのみ起こるように選ばれる。能動層が
透過性になっている場所では光は後部電極２８によって
吸収されるので、スクリーン１６の反射率は赤外光に曝
されている領域では減少する。したがって、反転赤外光
映像をスクリーンの反射率を制御するために用いること
によって、改善されたコントラストを持った可視非反転
映像を生成することができる。

【００８４】一般的に、不可視制御映像が提供される場
合、この映像を高解像度で投射し、可視映像をそれより
低い解像度で投射することによって、特に効果的な結果
を得ることができる。（主として単色映像である）高解
像度不可視映像と、低解像度のカラー映像を提供する方
が一般的に簡単である。しかし、不可視映像によってコ
ントラストが提供されるので、見かけ上高解像度のカラ
ー映像を得ることができる。

【００８５】電位差が印加されたときに光散乱状態すな
わち反射状態となるような特性を持った、反転モードＰ
ＤＬＣが用いられる場合がある。反転モードＰＤＬＣを
能動層２４として使用することは、図６に示される実施
形態において、特に適している。なぜなら、上部電極２
６と下部電極２８との間に電位が印加されている時、ス
クリーン上に入射する光によって能動層間の電位が増大
するからである。反転モードＰＤＬＣ層を能動層２４と
して用いると、照度が増すにしたがって能動層２４およ
びスクリーン１６の反射率が増加するので、反転制御映
像を用いる必要がなくなる。

【００８６】本実施例における光導電素子３０は能動層
２４の後方に配置されているが、もし透過性の光導電素
子層３０が用いられるならば、そのような層は能動層２
４の前方に配置されてもよい。

【００８７】図７は本発明のさらにより進んだ実施形態
を示している。図において、能動層２４は前部電極２６
と後部電極２８の間に挟まれている。能動層２４は、透
過性の高分子材料から作られた構造マトリクス２７内に
埋め込まれた液晶材料の微小ポケット２５を含んでい
る。液晶材料のポケット２５の各々は透過性の光導電性
材料３０の層で囲まれている。電極２６、２８の間に電
位が印加されるとき、電位の一部は微小ポケット２５の
間で降下し、一部は構造マトリクス２７の間で降下し、
一部は光導電性層３０間で降下する。光がスクリーン１
６上に入射している場所では、微小ポケット２５を取り
巻く光導電性層３０は導電性となり、光導電性層３０は
等電位体に近くなる。したがって、液晶材料のポケット
間の電位降下は少なくとも部分的に遮蔽され、ポケット
２５間の電場は減少する。もし標準モード液晶材料が用
いられるならば、電場の減少によって液晶は散乱性とな
り、そのため、能動層は光が入射している部分では反射
性となる。スクリーンが投射映像を反射するために用い
られる場合、投射映像の暗い部分でスクリーンが暗く見
えるようにするために、下部電極２８の上面２９は光吸
収材料で被覆される場合がある。

【００８８】液晶材料のポケット２５はランダムに配置
されているのが望ましいが、周期的に配置されてもよ
い。典型的には、ポケットは直径が約０．２μｍから２
μｍの大きさである。

【００８９】これに代わる実施形態においては、構造マ
トリクス材料２７は透過性光導電素子材料である場合が
ある。そのため、図７を参照して、透過性光導電性素子
層３０はマトリクス材料２７の一部である。この実施形
態においては、光導電素子マトリクス材料２７が絶縁状
態である時のみ、大きな電場が液晶材料のポケット２５
の間に生じ得る。上部電極２６と下部電極２８との間に
電位差が印加された時、スクリーン１６上に光が入射し
ている領域でのみ液晶材料のポケット２５の間に電場が
存在するので、能動層は反射性状態から非反射性状態
に、およびその逆に、局所的に切り替わることができ
る。

【００９０】この発明は例として次の実施形態を含む。

【００９１】（１） 第１の面からコントラストを高め
て投射映像を反射するための投射スクリーンであり、電
場の影響の下で反射率を変化させることのできる能動層
と、前記能動層間に電場を印加するための少なくとも一
つの第１の電極と、光照射の下で電気的あるいは誘電的
特性を変化させることのできる光電性材料を含み、前記
能動層の局所領域の電場が該局所領域に入射する光の量
に依存し、その結果前記能動層の反射率が該局所領域に
おいて前記投射スクリーンの前記第１の面上に入射する
光の強度に局所的に依存するよう、前記光電性材料が構
成されている投射スクリーン。

【００９２】（２） 前記光電性材料が前記第１の電極
を流れる電流を制御するように配置された、上記（１）
に記載の投射スクリーン。

【００９３】（３） 前記第１の電極が前記投射スクリ
ーンの前記第１の面と前記光電性材料との間に配置さ
れ、かつ該第１の電極が透過性である、上記（１）ある
いは（２）に記載の投射スクリーン。

【００９４】（４） 第２の電極をさらに含み、それに
より前記能動領域間の前記電場が前記第１の電極と前記
第２の電極との間に印加される、上記（１）に記載の投
射スクリーン。 （５） 前記光電性材料が前記第１の電極あるいは前記
第２電極を流れる電流を制御するように構成された光導
電素子である、上記（４）に記載の投射スクリーン。

【００９５】（６） 前記能動層が液晶材料から形成さ
れる、上記（１）から（５）のいずれか一つに記載の投
射スクリーン。 （７） 前記液晶材料が高分子分散型液晶材料である、
上記（６）に記載の投射スクリーン。 （８） 前記能動層の前記局所反射率が前記投射映像の
前記強度にしたがって増加する、上記（１）から（７）
のいずれか一つに記載の投射スクリーン。 （９） 前記能動層間に印加される前記電場と前記投射
映像の前記強度との間の時間的同期化が行われない、上
記（１）から（８）のいずれか一つに記載の投射スクリ
ーン。 （１０） 前記能動層が、それが前記の反射状態でない
時は透過性であり、かつ前記投射スクリーンが、該投射
スクリーンの前記第１の面から離れた該能動層の面に配
置された吸収層あるいは吸収面をさらに含む、上記
（１）から（９）のいずれか一つに記載の投射スクリー
ン。

【００９６】（１１） 電流が前記第１の電極を流れる
ときに前記能動層の局所領域間に電場を高インピーダン
スで以って印加することができるように、該第１の電極
が高抵抗領域と低抵抗領域のある構造を持つ、上記
（１）から（１０）のいずれか一つに記載の投射スクリ
ーン。

【００９７】（１２） 前記能動材料の層がそれを貫く
多数の窓を持つ、上記（１）から（１１）のいずれか一
つに記載の投射スクリーン。 （１３） 前記光電性材料が前記能動層内の前記窓を通
して配置される、上記（１２）に記載の投射スクリー
ン。 （１４） 前記窓が光学的要素を形成するように構成さ
れる、上記（１２）あるいは（１３）に記載の投射スク
リーン。

【００９８】（１５） 前記光電性材料が層の形で存在
する、上記（１）から（１４）のいずれか一つに記載の
投射スクリーン。

【００９９】（１６） 第３の電極をさらに含む、上記
（４）および（４）に関連する全ての項目のいずれか一
つに記載の投射スクリーン。

【０１００】（１７） 前記光電性材料が主として可視
スペクトル外の光に反応するものである、上記（１）か
ら（１６）のいずれか一つに記載の投射スクリーン。

【０１０１】（１８） 上記（１）から（１７）のいず
れか一つに記載の投射スクリーンと、該投射スクリーン
上に映像を投射するための投射機を含む、投射システ
ム。 （１９） 前記投射機が、投射映像を、従来の投射スク
リーン上に投射される映像から前記投射システムの前記
投射スクリーンの光学的特性に合わせて修正するよう適
合された、上記（１８）に記載の投射システム。

【０１０２】（２０） 上記（１７）に記載の投射スク
リーンと、前記光電性材料が反応する不可視光の第１の
映像を投射するための第１の投射機と、前記投射スクリ
ーン上に可視光を投射するための第２の投射機とを含
む、投射システム。 （２１） 前記第２の投射機が前記第１の映像よりも低
い解像度でカラー映像を投射する、上記（２０）に記載
の投射システム。

【０１０３】上記の説明から理解されるように、本発明
はスクリーンの反射率を調節する種々の方法を提供す
る。可視映像をスクリーン上に当たる入射周辺光から生
成することも可能である。また、可視投射映像を高いコ
ントラストを持たせて反射することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 投射スクリーン上で映像を見るための本発明
における投射システムを示す図。

【図２】 本発明の第１の実施形態における投射スクリ
ーンの一部の断面概観図。

【図３】 本発明の第１の実施形態における後部電極の
平面概観図。

【図４】 本発明の第２の実施形態における投射スクリ
ーンの一部の断面概観図。

【図５】 本発明の第３の実施形態における投射スクリ
ーンの一部の断面概観図。

【図６】 本発明の発展した実施形態における投射スク
リーンの一部の断面概観図。

【図７】 本発明のさらに発展した実施形態における投
射スクリーンの一部の断面概観図。

【符号の説明】

１０ 投射システム １２ 投射機 １６ 投射スクリーン ２４ 能動層 ２５ 微小ポケット ２６ 前部電極 ２７ 構造マトリクス ２８ 後部電極 ２９ 光吸収層 ３０ 光導電性層 ３２ 電流シンク電極 ３４ 窓 ４０ 高導電性部 ４２ 低導電性部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン・クリストファー・ルージン イギリス、エヌダヴリュー６、６エイチビ ー、ロンドン、ハーヴィスト・ロード 143エー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の面からコントラストを高めて投射
   映像を反射するための投射スクリーンであり、 電場の影響の下で反射率を変化させることのできる能動
   層と、 前記能動層間に電場を印加するための少なくとも一つの
   第１の電極と、 光照射の下で電気的あるいは誘電的特性を変化させるこ
   とのできる光電性材料を含み、 前記能動層の局所領域の電場が該局所領域に入射する光
   の量に依存し、その結果前記能動層の反射率が該局所領
   域において前記投射スクリーンの前記第１の面上に入射
   する光の強度に局所的に依存するよう、前記光電性材料
   が構成されている投射スクリーン。