リアプロジェクションシステムとリアプロジェクションスクリーン
リアプロジェクションシステムを提供するため、透明性が高く透過効率が高いプロジェクションシステムを提供するため、リアプロジェクションシステムは、プロジェクタ（１８）と、透明モードと回折モードの間でスイッチ可能なプロジェクションスクリーン（１６）と、を有し、前記プロジェクタ（１８）は、前記プロジェクタ（１８）からの光が前記プロジェクションスクリーン（１６）の前記リアサイドに傾いた角度で入射するように、前記プロジェクションスクリーン（１６）に対して配置され、前記プロジェクションスクリーン（１６）は、回折モードのとき、前記入射光を、前記スクリーン（１６）の前記前表面法線に対して限定された角度範囲に屈折するように構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リアプロジェクションシステムとリアプロジェクションスクリーンとに関し、特に、ショッピングウィンドウ用のリアプロジェクションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
透明プロジェクションスクリーンには、広い応用分野がある。そのひとつは、インターラクティブショップウィンドウ用のスクリーンなどの使用である。現在、背後にあるオブジェクトが見えるようにしつつ、スクリーンに情報を投影するには、いわゆる「ホロスクリーン」が使われている。このスクリーンの主な問題は、実際には透明でなく、ショップウィンドウの背後にあるオブジェクトを見る妨げになってしまうことである。
【０００３】
かかる表示システムのホログラフィックスクリーンは特許文献１に記載されている。ここで、ディスプレイユニットは、透明サポートと、透明サポートに取り付けたホログラムスクリーンと、画像情報をホログラムスクリーンに投影するプロジェクタと、ホログラムスクリーンの視野角内のあるエリアに人がいるか判断するセンサとを含む。この表示システムは好ましくはショッピングウィンドウに利用される。また、コントローラが設けられ、センサからの信号に応答してプロジェクタを制御する。センサがホログラムスクリーンの視野角内のエリア内に、特にショッピングウィンドウの前に、人を検知すると、コントローラはプロジェクタを起動してショッピングウィンドウのホログラムスクリーンに画像情報を投影する。
【０００４】
電気的再構成可能ホログラフィック光学エレメントによる光拡散制御に関する別のプロジェクションシステムが特許文献２により開示されている。ここで、各再構成可能ホログラフィックエレメントは、２つの電極レイヤにはさまれたホログラムを含む。このホログラムは、液晶で結合され、印加する電場に応じて光学特性が変化するホログラフィックポリマーフィルムである。プロジェクションスクリーンの拡散特性は、１つ以上の再構成可能ホログラフィック光学エレメントを選択的に設定することにより、回折状態に変更できる。ここで、一アプリケーションでは、光強度に関して、投影された画像を、スクリーンを利用して光学的に拡散し、見る領域が異なる複数のオブザーバに対して、投影画像が一様に明るくなるようにする。他のアプリケーションでは、スクリーンを利用して投影画像を立体的に表示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６，５２２，３１１Ｂ１号
【特許文献２】米国特許第６，１９１，８７６Ｂ１
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
それゆえ、本発明の目的は、高い透明性と高い投射効率とを提供するリアプロジェクションシステム及びリアプロジェクションスクリーンを提供する。
【０００７】
この目的は独立項に記載した特徴により達成される。
【０００８】
特に、本発明は、透明モードと回折モードとの間でスイッチできる、ショッピングウィンドウなどの用途に使うプロジェクションスクリーンを提供するとの考えに基づく。ここで、回折モードとは、スクリーンが拡散ホログラムのように機能する、スクリーンの状態と理解すべきである。このように、スクリーンの後表面にある角度で入射する光は、屈折され、スクリーンの前にいる観察者に直接伝達される。回折モードでは、表示される、すなわち屈折される光の強度は、プロジェクタへの入射ビームの強度の１０％以上となる。透明モードでは、スクリーンは通常のガラスやその他の同等の基板などの透明基板として機能する。このように、好ましくはショッピングウィンドウとして利用される、またはショッピングウィンドウに取り付けられるプロジェクションスクリーンの後のオブジェクトは、スクリーンが透明モードの時には容易に見える。一方、回折モードの時には、関心オブジェクトに関する情報を含む画像が、プロジェクタからスクリーンのリアサイドに向けて投影でき、観察者に高い照度で届く。
【０００９】
ここで、プロジェクタとプロジェクションスクリーンとは、プロジェクタからの光ビームがプロジェクションスクリーンのリアサイドに傾いた角度で入射するように、互いに配置され、回折モードでは、主にプロジェクションスクリーンの表面法線に平行な方向に屈折される。
【００１０】
まとめると、本発明のリアプロジェクションシステムは、プロジェクタと、透明モードと回折モードの間でスイッチ可能なプロジェクションスクリーンと、を有し、前記プロジェクタは、前記プロジェクタからの光が前記プロジェクションスクリーンの前記後側に傾いた角度で入射するように、前記プロジェクションスクリーンに対して配置され、前記プロジェクションスクリーンは、回折モードのとき、前記入射光を、前記プロジェクションスクリーンの前記前表面法線に対して限定された角度範囲に屈折するように構成される。
【００１１】
本発明のリアプロジェクションシステムは、好ましくはショッピングウィンドウで利用される。スクリーンは、ショッピングウィンドウとして使用され、または単にショッピングウィンドウに取り付けられる。透明モードでは、ショッピングウィンドウの後のオブジェクトは容易に見ることができる。スクリーンの回折モードでは、オブジェクトに関する情報、または顧客が関心を有する情報をフェードインする。
【００１２】
プロジェクタの入射光と、スクリーンの後表面法線との間の入射角は３０°より大きいことが好ましい。この好ましい幾何学的配置では、プロジェクタショッピングウィンドウの後でオブジェクトを見ている人の視野外にプロジェクタを配置できるからである。
【００１３】
回折モードでは、屈折光の拡散部分は非常に低いので、スクリーンからフロントサイドへの放射光のスクリーンの前表面法線に対する角度範囲は限定されている、好ましくは垂直方向では−１０°から１０°に広がり、水平方向では少なくとも−３０°から３０°に広がる。
【００１４】
液晶材料を有するスクリーンのアプリケーションの場合、プロジェクタには偏光した光を用いることが好ましい。
【００１５】
本発明によるリアプロジェクションシステムの好ましい実施形態では、プロジェクションスクリーンは、第１の透明電極を有する第１の透明基板と、液晶材料と複合材料との組成と、第２の電極を有する第２の透明基板とを有する。ここで、液晶材料の屈折率は、第１と第２の基板の間に配置されており、第１と第２の電極により発生される電場によりスイッチ可能である。ここで、液晶材料と複合材料の屈折率は、電場があるときには、液晶材料のプロジェクタからの偏光した光に対する屈折率が複合材料の屈折率と等しく、電場がないときには、異なるように選択する。しかし、屈折率と配向を、電場があるときには、液晶材料のプロジェクタからの偏光した光に対する屈折率が複合材料の屈折率と異なり、電場がないときには、等しいように選択することも可能である。
【００１６】
好ましくは、複合材料はポリマーであり、液晶材料により囲まれており、体積ブラッグ格子を形成するように重合されている。ブラッグ格子は、液晶材料と複合材料の屈折率が異なる場合に、光学的に現れ、スイッチ可能である。このように、本発明の利点は、プロジェクションスクリーンが、スイッチ可能ブラッグ格子を形成する液晶材料と複合材料の組成を、単なる電場の印加により、回折モードと透明モードに容易に切り替えることができる点にある。
【００１７】
好ましい実施形態では、液晶材料と複合材料の組成は、ホログラフィック分散液晶（ＨＰＤＬＣ）材料である。本発明の別の好ましい実施形態では、前記液晶材料と前記複合材料の前記組成はポリマー液晶ポリマースライス（ＰＯＬＩＣＲＩＰＳ）材料、または電気的制御可能ポリマー液晶ポリマーホログラム（ＰＯＬＩＰＨＥＭ）材料である。ブラッグ格子を形成する、これら別の組成の利点は、液晶材料のドロップレットが組成中に構成されず、散乱損失が大幅に低減され、スイッチング電圧が非常に低くなり、マイクロ秒範囲の時間応答を達成できることである。また、高い屈折率変調を達成でき、格子の解像度がシャープになる。
【００１８】
本発明のさらに別の実施形態では、本発明によるリアプロジェクションシステムのプロジェクションスクリーンは、モノアクリレート、ジアクリレート、及び非反応的液晶材料の光重合混合物の組成であって、第１と第２の基板の間に配置された液晶ゲルを形成するものを有する。
【００１９】
また、代替的に、本発明の目的は、透明モードと回折モードとの間でスイッチ可能なリアプロジェクションスクリーンであって、第１の透明基板と、第１の透明基板上に配置された液晶材料と、第２の透明基板とを有するプロジェクションスクリーンにより、解決される。第１の透明基板は、第１の透明電極と、表面レリーフ格子を有するレリーフ部分とを有する。液晶材料は、第１の透明基板のレリーフ部分に隣接しており、表面レリーフ格子を満たしている。ここで、液晶材料の屈折率は、第１と第２の透明基板にそれぞれ配置された第１と第２の電極の電場により変化し、第１の透明基板のレリーフ部分の屈折率と、実質的に等しいか、等しくない。このように、第１の透明基板のレリーフ部分への液晶材料の移行部分にある表面レリーフ格子は、印加する電場に応じて可視になったり不可視になったりし、第１の透明基板の液晶材料とレリーフ部分との間の移行面において、スイッチ可能２次元のブラッグ格子を形成する。
【００２０】
例えば、第１の透明基板は、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）のサポートレイヤと、液晶レイヤに面した、レリーフ部分を形成する、ポリカーボネートのレリーフレイヤとを有する。
【００２１】
また、第２の基板は、好ましくは、ガラスまたは透明ポリマーのサポートレイヤと、液晶レイヤに面し、液晶レイヤにおいて、液晶に所定の配向を与える、ラビングしたポリイミドレイヤとを有する。
【００２２】
可視光の範囲における、本発明によるリアプロジェクションスクリーンの有利なアプリケーションの場合、格子周期が約１０００ｎｍであり、変調深度が約１００−３００ｎｍである表面レリーフ格子を生産することが好ましい。
【００２３】
また、エンボスプロセスで表面レリーフ格子を生産することが好ましい。ここで、好ましくは、エンボスマスターを用いる。ここで、第１の格子を、干渉パターンを生成する図２を参照して説明したセットアップを用いて形成し、この干渉パターンを、ニッケルへの電鋳法によりエンボスマスターに転写する。これを、射出成形、熱エンボス加工、または連続薄膜複製などの精密マイクロ複製プロセス用のエンボス加工ツールとして用いることもできる。
【００２４】
本発明の目的は、画像投影方法によっても解決することができる。該方法は、透明モードと回折モードの間でスイッチ可能なプロジェクタまたはプロジェクションスクリーンを設ける段階と、プロジェクタからの光がプロジェクションスクリーンのリアサイドに傾いた角度で入射するように、プロジェクションスクリーンに対してプロジェクタを配置する段階と、画像を表示するとき、透明モードから回折モードにプロジェクションスクリーンをスイッチする段階とを有し、プロジェクタの入射光は、プロジェクションスクリーンの前表面法線に対して、限定された角度範囲に回折される。
【００２５】
この画像投影方法は、好ましくは、ショッピングウィンドウにおける画像投影に用いる。
【００２６】
また、本発明の上記実施形態のうちの一つによるスイッチ可能プロジェクションスクリーンを、本画像投影方法において利用することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
本発明の上記その他の目的、特徴、効果は、添付した図面を参照して以下の詳細な説明を読めば、明らかとなるであろう。本発明を、図面に示した実施形態を参照して、非限定的な例により詳しく説明する。
【図１】本発明によるプロジェクションシステムのプロジェクタとプロジェクションスクリーンの構成を示す図である。
【図２】本発明によるプロジェクションスクリーンの製造セットアップを示す図である。
【図３】本発明によるプロジェクションスクリーンの一実施形態を示す図である。
【図３ａ】図３のプロジェクションスクリーンにおけるスイッチ可能ブラッグ格子への入来光の回折を示す図である。
【図４】本発明によるプロジェクションスクリーンの他の一実施形態を示す図である。
【図４ａ】図４のプロジェクションスクリーンにおける表面レリーフ格子への入来光の回折を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１は、本発明によるプロジェクションスクリーンの一実施形態を示す図である。ここで、ショッピングウィンドウ１０は、人１２と、ショッピングウィンドウ１０の背後のショールームに配置された関心オブジェクト１４との間にある。プロジェクションスクリーン１６はショッピングウィンドウ１０の中に配置されている。プロジェクションスクリーン１６はショッピングウィンドウ１０に組み込まれていても、ショッピングウィンドウ１０の内側か外側に取り付けられていてもよい。また、プロジェクションスクリーン１６は、ショッピングウィンドウ１０の背後に配置された別のスクリーンであってもよく、ショールームの天井からつり下げられていても、フロアスタンドに取り付けられていてもよい。
【００２９】
プロジェクションスクリーン１６は、関心オブジェクト１４に関する情報や顧客一般の関心をひく情報を人１２に提供する、人１２に面したフロントサイドを有する。さらに、プロジェクションスクリーン１６は、プロジェクタ１８の画像が投影され、人１２に向けて屈折されるリアサイドを有する。プロジェクタ１８は、プロジェクションスクリーン１６上、ショッピングウィンドウ１０の後のショールームの上部に配置され、プロジェクションスクリーン１６に、傾いた角度で画像を投影する。ここで、入射角αは、プロジェクタ１８を隠して配置できるように３０°以上であることが好ましい。あるいは、プロジェクタ１８は、ショールームの底部に配置してもよい。その場合、入来する光を水平方向反対に屈折するように、プロジェクションスクリーン１６を修正しなければならない。
【００３０】
プロジェクションスクリーン１６の放射光の方向は、プロジェクションスクリーン１６の表面法線とほぼ平行であり、好ましくは−１０°から１０°までの限定された角度範囲にある。
【００３１】
本発明のプロジェクションスクリーン１６は、透明モードと屈折モードとの間で切り替え可能である。このプロジェクションスクリーン１６の詳細構造とその生産方法を以下に詳しく説明する。
【００３２】
図２は、本発明によるプロジェクションスクリーン１６を生産するセットアップを示す。ここで、透明または拡散性の基板にホログラフィックフィルムを取り付けたスタティックホログラフィックプロジェクションスクリーンにも適用できる構成を使える。
【００３３】
プロジェクションスクリーンの生産セットアップは、レーザビーム２２を放射するレーザ源２０を有する。レーザビーム２２は、ビームスプリッタ２４により２つの部分に分岐される。分岐したレーザビーム２２の第１のブランチ２６は、参照ビームとして、ミラー２８により第１のレンズ３０に反射され、第１のレンズ３０で広げられて、プロジェクションスクリーン１６に照射される。分岐したレーザビーム２２のうち第２の分岐３２は、第２のレンズ３４により発散され、ミラー３８により拡散器３６に反射される。拡散器３６により散乱された光はプロジェクションスクリーン１６に当たる。参照ビームと相まって、拡散器３６のホログラムを表す干渉パターンが形成される。プロジェクションスクリーン１６の表面に垂直なラインをシステムの光軸とみなす。このセットアップでは、プロジェクションスクリーン１６上に記録される干渉パターンは、光軸がプロジェクションスクリーン１６の表面に交わる点に入射する同心リングの形態となっている。そのため、プロジェクションスクリーン１６をプロジェクタ１８で照射すると、プロジェクタ１８の光の波長がどうあっても、プロジェクションスクリーン１６からの反射ビームが軸に収束する。拡散器３６の使用は、ホログラフィにおいてホログラムの視認性を向上する一般的な方法である。この場合、拡散器３６はスクリーン１６の投影特性を望ましいものにするので、その使用は本質的である。
【００３４】
図３は、本発明によるプロジェクションスクリーン１６の構造を示す。
【００３５】
プロジェクションスクリーン１６は、第１の透明基板４２上の第１の透明電極４０と、第２の透明基板４６上の第２の透明電極４４とを有し、液晶材料５０と複合材料５２との組成４８は、第１の透明基板４２と第２の透明基板４６との間に挟まれている。留意すべき点として、第１の透明電極４０と第２の透明電極４４とは、必ずしも第１と第２の透明基板４２、４６の外側表面に配置しなくてもよい。これらの電極を組成４８の隣に配置することも可能である。ここで、電極４０、４４と組成４８との間に追加的に平坦化レイヤを設けてもよい（図３には図示せず）。さらに、ラビングした（rubbed）中間レイヤ（図３には図示せず）を、液晶材料５０と複合材料５２の組成４８に面して設け、基板４２、４６に対する液晶材料５０の配向角を設定してもよい。
【００３６】
以下、本発明の第１の実施形態による組成４８の生産プロセスを説明する。図２においてプロジェクションスクリーン１６の生産セットアップに関してすでに説明したように、生産プロセスにおいて、明暗のある領域を有する干渉パターンを、プロジェクションスクリーン１６に、したがって図３の組成４８の前駆混合物（precursor mixture）に、投影する。ここで、前駆混合物として、感光性のプリポリマーと非反応的液晶の一様な混合物を、図２のセットアップにより発生した干渉パターンに露光する。このプロセスでは、ポリマー複合材料５２の重合は、干渉パターンの明るい領域では暗い領域より急速に進み、非反応的液晶材料５０は暗い領域に押しやられる。この反拡散プロセスにより、液晶リッチレイヤとポリマーリッチレイヤとの層状の組成プロファイルができる。これは光重合プロセスにおいて最終的にロックされる。ここで、形成されるポリマー複合材料５２の形態は、（単なる例示として図３に示したように）チャンネル状でも、液晶リッチ領域にわたるポリマースキャフォルディング（polymer scaffolding）を有していてもよい。しかし、より一般的には、液晶は完全に液滴状にカプセル化される。
【００３７】
このいわゆるホログラフィックポリマー分散液晶（ＨＰＤＬＣ）により、スイッチ可能ブラッグ格子５３ができる。これは図３ａに示した。ここで、ポリマー複合材料５２により形成されるブラッグ格子５３は、周りの（またはカプセル化された）液晶材料５０の屈折率と複合材料５２の屈折率との異同を切り替えることにより、覆ったりあらわにしたりできる。
【００３８】
このように、図３ａに示したように、プロジェクションスクリーン１６の表面法線に対して傾いた角度からの光は、組成４８のブラッグ格子５３に入射し、複合材料５２と液晶材料５０（図３に示した）により形成されるブラッグ格子構造５３による反射によりプロジェクションスクリーン１６の表面法線に対して実質的に平行な方向に屈折される。格子構造の好ましい周期は１０００ｎｍであり、この格子構造の表面法線に対する傾き角は、（組成レイヤ４８により形成されるブラッグ格子構造５３のラインにより示したように）プロジェクションスクリーン１６の表面法線に対して約１０°である。
【００３９】
ＨＰＤＬＣフィルムは、すばらしい光学特性を示し、可視及び赤外において散乱と吸収が小さく、回折効率がフォトポリマーホログラフィック媒体のそれと同程度であり、動的応答時間が短い。しかし、ＨＰＤＬＣレイヤは偏光に対する選択性が高い。偏光依存性が強いのは配向がそろった液晶の性質によるものである。液晶は、ほとんどの透過モードのＨＰＤＬＣ材料で、ホログラフィックプレーンに対して平均して直交するようにそろう性質がある。それゆえ、ｐ偏光の光は、ｓ偏光の光よりも有効に回折される。実際、電場が印加されてない液晶材料の屈折率は、ｓ偏光の場合のポリマーの屈折率とほぼ等しく、回折はほとんどまたはまったく起きない。
【００４０】
第１と第２の電極４０,４４の間に電圧を印加しなければ、組成４８の２種類のレイヤの屈折率は異なり、入射光の回折に関連するＨＰＤＬＣ材料の周期構造となる。透明モードでは、第１と第２の電極４０,４４の間の電圧は、液晶材料５０と複合材料５２の屈折率が等しく、組成４８において回折がまったく、またはほとんど起きないように、設定する。このように、プロジェクションスクリーン１６は、回折モードと透明モードの間で切り替えられる。
【００４１】
以下、液晶材料５０と複合材料５２の組成４８の別の実施形態を説明する。ＨＰＤＬＣ材料の第１の代替物はいわゆるポリマー液晶ポリマースライス（ＰＯＬＩＣＲＹＰＳ）材料であり、これはＨＰＤＬＣ材料の構造と同様である。しかし、ポリマーと液晶のレイヤが交互になっている格子は、ＨＰＤＬＣ材料よりも純粋である。液晶材料のドロップレット形成が回避できるからである。
【００４２】
かかる材料を生産するために、光開始剤−モノマー−液晶混合物を、液晶成分のネマティック−等方遷移点より高い温度まで加熱する。このステップにより、硬化プロセス中のネマティック相の出現を防止する。サンプルを加熱後、上記の通り干渉パターンを有する硬化ＵＶ放射を照射する。その後、硬化ＵＶ放射をオフにして、重合プロセスが終了したら、サンプルを等方−ネマティック遷移点以下にゆっくり冷却する。
【００４３】
組成４８の他の一実施形態は、ＰＯＬＩＣＲＹＰＳ材料に対して同様の形態を有する、いわゆる電気的制御可能ポリマー液晶ポリマーホログラム（ＰＯＬＩＰＨＥＭ）である。ここで説明した２つの実施形態は、複合材料５２のブラッグ格子の特性によい影響を与える非ドロップレット構造を提供する。例えば、非コヒーレント反射が起きないため散乱損失を大幅に低減され、液晶ドメインの大きさがドロップレットサイズではなく格子間隔により決まるので切り替え電圧が非常に低く、高い屈折率変調が達成され、格子周辺におけるシャープな解像度、及びマイクロ秒レンジの時間応答を達成できる。この材料は、ＨＰＤＬＣ材料に関して説明したように、偏光した光でないと機能しない。
【００４４】
液晶材料５０と複合材料５２との組成４８の別の実施形態は、液晶ゲルを形成したモノアクリレートと、ジアクリレートと、非反応性液晶材料との光重合混合物である。ここで、重合後、非反応的分子によりふくらんだゆるくクロスリンクした異方性ポリマーができ、液晶ポリマーは液晶を間に挟んだ硬い構造を形成する。パターン化した放射を用いて、スイッチング用の閾値電圧が異なる領域を作れる。ここで、クロスリンクしたネットワークは、メモリ機能を有するシステムとなり、スイッチング後に最初の配向状態に戻る。このように、ブラッグ格子状のパターンがジェル中に生成できる。このパターンは電場の印加により可視にも不可視にもなる。このジェルは電圧０では透明である。電圧をかけると、液晶材料は配向し、光を散乱する。
【００４５】
図４は、本発明によるリアプロジェクションスクリーン１１６の他の一実施形態を示す。プロジェクションスクリーン１１６は、第１の透明基板５４を有する。この基板の一面には第１の透明電極５６が配置されている。第１の透明基板５４ａの他の一面には、表面レリーフ格子５８を有するレリーフ部分が配置されている。第１の透明基板５４は、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）でできたサポートレイヤ６０と、ポリカーボネートでできたレリーフレイヤ６２により構成されている。プロジェクションスクリーン１１６は、さらに、第２の透明電極６６を有する第２の透明基板６４と、ガラスまたはＰＭＭＡでできたサポートレイヤ６８と、ラビングしたポリイミドレイヤ７０とを、この順序でスタックしたものを有する。
【００４６】
第１と第２の透明基板５４と６４の間に、液晶レイヤ７２があり、第１の透明基板５４に隣接する一面で、レリーフ部分またはレリーフレイヤ６２に向かい、表面レリーフ格子５８を満たしている。第２の透明基板６４に隣接する他面で、液晶レイヤ７２はラビングしたポリイミドレイヤ７０に面する。ラビングしたポリイミドレイヤ７０は、第１と第２の透明基板５４,６４の間に挟まれた液晶材料の配向角を設定するために設けられている。
【００４７】
第１と第２の電極５６と６６は、図４に示したように、スタックしたレイヤの配置とは異なる部分に配置できる。例えば第１の透明電極５６は、第１の透明基板５４のサポートレイヤ６０とレリーフレイヤ６２の間に配置でき、第２の透明電極６６は、サポートレイヤ６８とラビングしたポリイミドレイヤ７０との間に配置できる。
【００４８】
液晶材料の屈折率を切り替えて、隣接するポリカーボネートレイヤと等しくまたは等しくなくできる。そのため、レイヤ間の遷移時に表面レリーフ格子液晶材料とレリーフレイヤの屈折率のスイッチ可能な差異により、隠したり表したりできる。
【００４９】
２次元の格子の周期は約１０００ｎｍであり、この格子の変調深度は約２００ｎｍである。再び、格子は好ましくは図２に示したようなセットアップにより生産される。この場合、拡散器の使用により、角度と波長の広がりを望みの量にできる。
【００５０】
表面レリーフ格子構造をエンボス加工で生産することもできる。ここで、第１の格子は、干渉パターンを生成する図２のセットアップを用いて形成できる。この干渉パターンは、ニッケルへの電鋳法によりエンボスマスターに転写する。これを、射出成形、熱エンボス加工、または連続薄膜複製などの精密マイクロ複製プロセス用のエンボス加工ツールとして用いることもできる。
【００５１】
プロジェクションスクリーン１１６の回折メカニズムは、プロジェクションスクリーン１６の体積ブラッグ格子を考慮して上で説明した回折とは異なる。プロジェクションスクリーン１１６の回折メカニズムを示すため、周知の回折格子における回折を図４ａに示した。
【００５２】
表面法線Ｌに対して角度θｉｎで表面レリーフ格子に入射する光は、格子周期ｐを有する表面レリーフ格子５８において回折される。ここで、格子の式は
【００５３】
【数１】
であり、ｎｉｎは第１の透明基板５４のレリーフ部分またはレリーフレイヤ６２の回折インデックスであり、ｎｏｕｔは液晶レイヤ７２の回折インデックス（diffractive index）であり、ｍは回折次数を表す。本発明の実施形態では、出射角θｏｕｔを、ｍ＝−１として、入来光の１次回折とすることが好ましい。このように、表面レリーフ格子５８により、拡散光の照度も高くすることができる。上記の格子の式から分かるように、スクリーンは、回折インデックスｎｏｕｔとｎｉｎとを等しくするか等しくしないことにより、容易にスイッチ可能である。これは、第１と第２の電極５６と６６により発生される電場を液晶レイヤ７２に印加することにより行える。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リアプロジェクションシステムとリアプロジェクションスクリーンとに関し、特に、ショッピングウィンドウ用のリアプロジェクションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
透明プロジェクションスクリーンには、広い応用分野がある。そのひとつは、インターラクティブショップウィンドウ用のスクリーンなどの使用である。現在、背後にあるオブジェクトが見えるようにしつつ、スクリーンに情報を投影するには、いわゆる「ホロスクリーン」が使われている。このスクリーンの主な問題は、実際には透明でなく、ショップウィンドウの背後にあるオブジェクトを見る妨げになってしまうことである。
【０００３】
かかる表示システムのホログラフィックスクリーンは特許文献１に記載されている。ここで、ディスプレイユニットは、透明サポートと、透明サポートに取り付けたホログラムスクリーンと、画像情報をホログラムスクリーンに投影するプロジェクタと、ホログラムスクリーンの視野角内のあるエリアに人がいるか判断するセンサとを含む。この表示システムは好ましくはショッピングウィンドウに利用される。また、コントローラが設けられ、センサからの信号に応答してプロジェクタを制御する。センサがホログラムスクリーンの視野角内のエリア内に、特にショッピングウィンドウの前に、人を検知すると、コントローラはプロジェクタを起動してショッピングウィンドウのホログラムスクリーンに画像情報を投影する。
【０００４】
電気的再構成可能ホログラフィック光学エレメントによる光拡散制御に関する別のプロジェクションシステムが特許文献２により開示されている。ここで、各再構成可能ホログラフィックエレメントは、２つの電極レイヤにはさまれたホログラムを含む。このホログラムは、液晶で結合され、印加する電場に応じて光学特性が変化するホログラフィックポリマーフィルムである。プロジェクションスクリーンの拡散特性は、１つ以上の再構成可能ホログラフィック光学エレメントを選択的に設定することにより、回折状態に変更できる。ここで、一アプリケーションでは、光強度に関して、投影された画像を、スクリーンを利用して光学的に拡散し、見る領域が異なる複数のオブザーバに対して、投影画像が一様に明るくなるようにする。他のアプリケーションでは、スクリーンを利用して投影画像を立体的に表示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６，５２２，３１１Ｂ１号
【特許文献２】米国特許第６，１９１，８７６Ｂ１
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
それゆえ、本発明の目的は、高い透明性と高い投射効率とを提供するリアプロジェクションシステム及びリアプロジェクションスクリーンを提供する。
【０００７】
この目的は独立項に記載した特徴により達成される。
【０００８】
特に、本発明は、透明モードと回折モードとの間でスイッチできる、ショッピングウィンドウなどの用途に使うプロジェクションスクリーンを提供するとの考えに基づく。ここで、回折モードとは、スクリーンが拡散ホログラムのように機能する、スクリーンの状態と理解すべきである。このように、スクリーンの後表面にある角度で入射する光は、屈折され、スクリーンの前にいる観察者に直接伝達される。回折モードでは、表示される、すなわち屈折される光の強度は、プロジェクタへの入射ビームの強度の１０％以上となる。透明モードでは、スクリーンは通常のガラスやその他の同等の基板などの透明基板として機能する。このように、好ましくはショッピングウィンドウとして利用される、またはショッピングウィンドウに取り付けられるプロジェクションスクリーンの後のオブジェクトは、スクリーンが透明モードの時には容易に見える。一方、回折モードの時には、関心オブジェクトに関する情報を含む画像が、プロジェクタからスクリーンのリアサイドに向けて投影でき、観察者に高い照度で届く。
【０００９】
ここで、プロジェクタとプロジェクションスクリーンとは、プロジェクタからの光ビームがプロジェクションスクリーンのリアサイドに傾いた角度で入射するように、互いに配置され、回折モードでは、主にプロジェクションスクリーンの表面法線に平行な方向に屈折される。
【００１０】
まとめると、本発明のリアプロジェクションシステムは、プロジェクタと、透明モードと回折モードの間でスイッチ可能なプロジェクションスクリーンと、を有し、前記プロジェクタは、前記プロジェクタからの光が前記プロジェクションスクリーンの前記後側に傾いた角度で入射するように、前記プロジェクションスクリーンに対して配置され、前記プロジェクションスクリーンは、回折モードのとき、前記入射光を、前記プロジェクションスクリーンの前記前表面法線に対して限定された角度範囲に屈折するように構成される。
【００１１】
本発明のリアプロジェクションシステムは、好ましくはショッピングウィンドウで利用される。スクリーンは、ショッピングウィンドウとして使用され、または単にショッピングウィンドウに取り付けられる。透明モードでは、ショッピングウィンドウの後のオブジェクトは容易に見ることができる。スクリーンの回折モードでは、オブジェクトに関する情報、または顧客が関心を有する情報をフェードインする。
【００１２】
プロジェクタの入射光と、スクリーンの後表面法線との間の入射角は３０°より大きいことが好ましい。この好ましい幾何学的配置では、プロジェクタショッピングウィンドウの後でオブジェクトを見ている人の視野外にプロジェクタを配置できるからである。
【００１３】
回折モードでは、屈折光の拡散部分は非常に低いので、スクリーンからフロントサイドへの放射光のスクリーンの前表面法線に対する角度範囲は限定されている、好ましくは垂直方向では−１０°から１０°に広がり、水平方向では少なくとも−３０°から３０°に広がる。
【００１４】
液晶材料を有するスクリーンのアプリケーションの場合、プロジェクタには偏光した光を用いることが好ましい。
【００１５】
本発明によるリアプロジェクションシステムの好ましい実施形態では、プロジェクションスクリーンは、第１の透明電極を有する第１の透明基板と、液晶材料と複合材料との組成と、第２の電極を有する第２の透明基板とを有する。ここで、液晶材料の屈折率は、第１と第２の基板の間に配置されており、第１と第２の電極により発生される電場によりスイッチ可能である。ここで、液晶材料と複合材料の屈折率は、電場があるときには、液晶材料のプロジェクタからの偏光した光に対する屈折率が複合材料の屈折率と等しく、電場がないときには、異なるように選択する。しかし、屈折率と配向を、電場があるときには、液晶材料のプロジェクタからの偏光した光に対する屈折率が複合材料の屈折率と異なり、電場がないときには、等しいように選択することも可能である。
【００１６】
好ましくは、複合材料はポリマーであり、液晶材料により囲まれており、体積ブラッグ格子を形成するように重合されている。ブラッグ格子は、液晶材料と複合材料の屈折率が異なる場合に、光学的に現れ、スイッチ可能である。このように、本発明の利点は、プロジェクションスクリーンが、スイッチ可能ブラッグ格子を形成する液晶材料と複合材料の組成を、単なる電場の印加により、回折モードと透明モードに容易に切り替えることができる点にある。
【００１７】
好ましい実施形態では、液晶材料と複合材料の組成は、ホログラフィック分散液晶（ＨＰＤＬＣ）材料である。本発明の別の好ましい実施形態では、前記液晶材料と前記複合材料の前記組成はポリマー液晶ポリマースライス（ＰＯＬＩＣＲＩＰＳ）材料、または電気的制御可能ポリマー液晶ポリマーホログラム（ＰＯＬＩＰＨＥＭ）材料である。ブラッグ格子を形成する、これら別の組成の利点は、液晶材料のドロップレットが組成中に構成されず、散乱損失が大幅に低減され、スイッチング電圧が非常に低くなり、マイクロ秒範囲の時間応答を達成できることである。また、高い屈折率変調を達成でき、格子の解像度がシャープになる。
【００１８】
本発明のさらに別の実施形態では、本発明によるリアプロジェクションシステムのプロジェクションスクリーンは、モノアクリレート、ジアクリレート、及び非反応的液晶材料の光重合混合物の組成であって、第１と第２の基板の間に配置された液晶ゲルを形成するものを有する。
【００１９】
また、代替的に、本発明の目的は、透明モードと回折モードとの間でスイッチ可能なリアプロジェクションスクリーンであって、第１の透明基板と、第１の透明基板上に配置された液晶材料と、第２の透明基板とを有するプロジェクションスクリーンにより、解決される。第１の透明基板は、第１の透明電極と、表面レリーフ格子を有するレリーフ部分とを有する。液晶材料は、第１の透明基板のレリーフ部分に隣接しており、表面レリーフ格子を満たしている。ここで、液晶材料の屈折率は、第１と第２の透明基板にそれぞれ配置された第１と第２の電極の電場により変化し、第１の透明基板のレリーフ部分の屈折率と、実質的に等しいか、等しくない。このように、第１の透明基板のレリーフ部分への液晶材料の移行部分にある表面レリーフ格子は、印加する電場に応じて可視になったり不可視になったりし、第１の透明基板の液晶材料とレリーフ部分との間の移行面において、スイッチ可能２次元のブラッグ格子を形成する。
【００２０】
例えば、第１の透明基板は、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）のサポートレイヤと、液晶レイヤに面した、レリーフ部分を形成する、ポリカーボネートのレリーフレイヤとを有する。
【００２１】
また、第２の基板は、好ましくは、ガラスまたは透明ポリマーのサポートレイヤと、液晶レイヤに面し、液晶レイヤにおいて、液晶に所定の配向を与える、ラビングしたポリイミドレイヤとを有する。
【００２２】
可視光の範囲における、本発明によるリアプロジェクションスクリーンの有利なアプリケーションの場合、格子周期が約１０００ｎｍであり、変調深度が約１００−３００ｎｍである表面レリーフ格子を生産することが好ましい。
【００２３】
また、エンボスプロセスで表面レリーフ格子を生産することが好ましい。ここで、好ましくは、エンボスマスターを用いる。ここで、第１の格子を、干渉パターンを生成する図２を参照して説明したセットアップを用いて形成し、この干渉パターンを、ニッケルへの電鋳法によりエンボスマスターに転写する。これを、射出成形、熱エンボス加工、または連続薄膜複製などの精密マイクロ複製プロセス用のエンボス加工ツールとして用いることもできる。
【００２４】
本発明の目的は、画像投影方法によっても解決することができる。該方法は、透明モードと回折モードの間でスイッチ可能なプロジェクタまたはプロジェクションスクリーンを設ける段階と、プロジェクタからの光がプロジェクションスクリーンのリアサイドに傾いた角度で入射するように、プロジェクションスクリーンに対してプロジェクタを配置する段階と、画像を表示するとき、透明モードから回折モードにプロジェクションスクリーンをスイッチする段階とを有し、プロジェクタの入射光は、プロジェクションスクリーンの前表面法線に対して、限定された角度範囲に回折される。
【００２５】
この画像投影方法は、好ましくは、ショッピングウィンドウにおける画像投影に用いる。
【００２６】
また、本発明の上記実施形態のうちの一つによるスイッチ可能プロジェクションスクリーンを、本画像投影方法において利用することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
本発明の上記その他の目的、特徴、効果は、添付した図面を参照して以下の詳細な説明を読めば、明らかとなるであろう。本発明を、図面に示した実施形態を参照して、非限定的な例により詳しく説明する。
【図１】本発明によるプロジェクションシステムのプロジェクタとプロジェクションスクリーンの構成を示す図である。
【図２】本発明によるプロジェクションスクリーンの製造セットアップを示す図である。
【図３】本発明によるプロジェクションスクリーンの一実施形態を示す図である。
【図３ａ】図３のプロジェクションスクリーンにおけるスイッチ可能ブラッグ格子への入来光の回折を示す図である。
【図４】本発明によるプロジェクションスクリーンの他の一実施形態を示す図である。
【図４ａ】図４のプロジェクションスクリーンにおける表面レリーフ格子への入来光の回折を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１は、本発明によるプロジェクションスクリーンの一実施形態を示す図である。ここで、ショッピングウィンドウ１０は、人１２と、ショッピングウィンドウ１０の背後のショールームに配置された関心オブジェクト１４との間にある。プロジェクションスクリーン１６はショッピングウィンドウ１０の中に配置されている。プロジェクションスクリーン１６はショッピングウィンドウ１０に組み込まれていても、ショッピングウィンドウ１０の内側か外側に取り付けられていてもよい。また、プロジェクションスクリーン１６は、ショッピングウィンドウ１０の背後に配置された別のスクリーンであってもよく、ショールームの天井からつり下げられていても、フロアスタンドに取り付けられていてもよい。
【００２９】
プロジェクションスクリーン１６は、関心オブジェクト１４に関する情報や顧客一般の関心をひく情報を人１２に提供する、人１２に面したフロントサイドを有する。さらに、プロジェクションスクリーン１６は、プロジェクタ１８の画像が投影され、人１２に向けて屈折されるリアサイドを有する。プロジェクタ１８は、プロジェクションスクリーン１６上、ショッピングウィンドウ１０の後のショールームの上部に配置され、プロジェクションスクリーン１６に、傾いた角度で画像を投影する。ここで、入射角αは、プロジェクタ１８を隠して配置できるように３０°以上であることが好ましい。あるいは、プロジェクタ１８は、ショールームの底部に配置してもよい。その場合、入来する光を水平方向反対に屈折するように、プロジェクションスクリーン１６を修正しなければならない。
【００３０】
プロジェクションスクリーン１６の放射光の方向は、プロジェクションスクリーン１６の表面法線とほぼ平行であり、好ましくは−１０°から１０°までの限定された角度範囲にある。
【００３１】
本発明のプロジェクションスクリーン１６は、透明モードと屈折モードとの間で切り替え可能である。このプロジェクションスクリーン１６の詳細構造とその生産方法を以下に詳しく説明する。
【００３２】
図２は、本発明によるプロジェクションスクリーン１６を生産するセットアップを示す。ここで、透明または拡散性の基板にホログラフィックフィルムを取り付けたスタティックホログラフィックプロジェクションスクリーンにも適用できる構成を使える。
【００３３】
プロジェクションスクリーンの生産セットアップは、レーザビーム２２を放射するレーザ源２０を有する。レーザビーム２２は、ビームスプリッタ２４により２つの部分に分岐される。分岐したレーザビーム２２の第１のブランチ２６は、参照ビームとして、ミラー２８により第１のレンズ３０に反射され、第１のレンズ３０で広げられて、プロジェクションスクリーン１６に照射される。分岐したレーザビーム２２のうち第２の分岐３２は、第２のレンズ３４により発散され、ミラー３８により拡散器３６に反射される。拡散器３６により散乱された光はプロジェクションスクリーン１６に当たる。参照ビームと相まって、拡散器３６のホログラムを表す干渉パターンが形成される。プロジェクションスクリーン１６の表面に垂直なラインをシステムの光軸とみなす。このセットアップでは、プロジェクションスクリーン１６上に記録される干渉パターンは、光軸がプロジェクションスクリーン１６の表面に交わる点に入射する同心リングの形態となっている。そのため、プロジェクションスクリーン１６をプロジェクタ１８で照射すると、プロジェクタ１８の光の波長がどうあっても、プロジェクションスクリーン１６からの反射ビームが軸に収束する。拡散器３６の使用は、ホログラフィにおいてホログラムの視認性を向上する一般的な方法である。この場合、拡散器３６はスクリーン１６の投影特性を望ましいものにするので、その使用は本質的である。
【００３４】
図３は、本発明によるプロジェクションスクリーン１６の構造を示す。
【００３５】
プロジェクションスクリーン１６は、第１の透明基板４２上の第１の透明電極４０と、第２の透明基板４６上の第２の透明電極４４とを有し、液晶材料５０と複合材料５２との組成４８は、第１の透明基板４２と第２の透明基板４６との間に挟まれている。留意すべき点として、第１の透明電極４０と第２の透明電極４４とは、必ずしも第１と第２の透明基板４２、４６の外側表面に配置しなくてもよい。これらの電極を組成４８の隣に配置することも可能である。ここで、電極４０、４４と組成４８との間に追加的に平坦化レイヤを設けてもよい（図３には図示せず）。さらに、ラビングした（rubbed）中間レイヤ（図３には図示せず）を、液晶材料５０と複合材料５２の組成４８に面して設け、基板４２、４６に対する液晶材料５０の配向角を設定してもよい。
【００３６】
以下、本発明の第１の実施形態による組成４８の生産プロセスを説明する。図２においてプロジェクションスクリーン１６の生産セットアップに関してすでに説明したように、生産プロセスにおいて、明暗のある領域を有する干渉パターンを、プロジェクションスクリーン１６に、したがって図３の組成４８の前駆混合物（precursor mixture）に、投影する。ここで、前駆混合物として、感光性のプリポリマーと非反応的液晶の一様な混合物を、図２のセットアップにより発生した干渉パターンに露光する。このプロセスでは、ポリマー複合材料５２の重合は、干渉パターンの明るい領域では暗い領域より急速に進み、非反応的液晶材料５０は暗い領域に押しやられる。この反拡散プロセスにより、液晶リッチレイヤとポリマーリッチレイヤとの層状の組成プロファイルができる。これは光重合プロセスにおいて最終的にロックされる。ここで、形成されるポリマー複合材料５２の形態は、（単なる例示として図３に示したように）チャンネル状でも、液晶リッチ領域にわたるポリマースキャフォルディング（polymer scaffolding）を有していてもよい。しかし、より一般的には、液晶は完全に液滴状にカプセル化される。
【００３７】
このいわゆるホログラフィックポリマー分散液晶（ＨＰＤＬＣ）により、スイッチ可能ブラッグ格子５３ができる。これは図３ａに示した。ここで、ポリマー複合材料５２により形成されるブラッグ格子５３は、周りの（またはカプセル化された）液晶材料５０の屈折率と複合材料５２の屈折率との異同を切り替えることにより、覆ったりあらわにしたりできる。
【００３８】
このように、図３ａに示したように、プロジェクションスクリーン１６の表面法線に対して傾いた角度からの光は、組成４８のブラッグ格子５３に入射し、複合材料５２と液晶材料５０（図３に示した）により形成されるブラッグ格子構造５３による反射によりプロジェクションスクリーン１６の表面法線に対して実質的に平行な方向に屈折される。格子構造の好ましい周期は１０００ｎｍであり、この格子構造の表面法線に対する傾き角は、（組成レイヤ４８により形成されるブラッグ格子構造５３のラインにより示したように）プロジェクションスクリーン１６の表面法線に対して約１０°である。
【００３９】
ＨＰＤＬＣフィルムは、すばらしい光学特性を示し、可視及び赤外において散乱と吸収が小さく、回折効率がフォトポリマーホログラフィック媒体のそれと同程度であり、動的応答時間が短い。しかし、ＨＰＤＬＣレイヤは偏光に対する選択性が高い。偏光依存性が強いのは配向がそろった液晶の性質によるものである。液晶は、ほとんどの透過モードのＨＰＤＬＣ材料で、ホログラフィックプレーンに対して平均して直交するようにそろう性質がある。それゆえ、ｐ偏光の光は、ｓ偏光の光よりも有効に回折される。実際、電場が印加されてない液晶材料の屈折率は、ｓ偏光の場合のポリマーの屈折率とほぼ等しく、回折はほとんどまたはまったく起きない。
【００４０】
第１と第２の電極４０,４４の間に電圧を印加しなければ、組成４８の２種類のレイヤの屈折率は異なり、入射光の回折に関連するＨＰＤＬＣ材料の周期構造となる。透明モードでは、第１と第２の電極４０,４４の間の電圧は、液晶材料５０と複合材料５２の屈折率が等しく、組成４８において回折がまったく、またはほとんど起きないように、設定する。このように、プロジェクションスクリーン１６は、回折モードと透明モードの間で切り替えられる。
【００４１】
以下、液晶材料５０と複合材料５２の組成４８の別の実施形態を説明する。ＨＰＤＬＣ材料の第１の代替物はいわゆるポリマー液晶ポリマースライス（ＰＯＬＩＣＲＹＰＳ）材料であり、これはＨＰＤＬＣ材料の構造と同様である。しかし、ポリマーと液晶のレイヤが交互になっている格子は、ＨＰＤＬＣ材料よりも純粋である。液晶材料のドロップレット形成が回避できるからである。
【００４２】
かかる材料を生産するために、光開始剤−モノマー−液晶混合物を、液晶成分のネマティック−等方遷移点より高い温度まで加熱する。このステップにより、硬化プロセス中のネマティック相の出現を防止する。サンプルを加熱後、上記の通り干渉パターンを有する硬化ＵＶ放射を照射する。その後、硬化ＵＶ放射をオフにして、重合プロセスが終了したら、サンプルを等方−ネマティック遷移点以下にゆっくり冷却する。
【００４３】
組成４８の他の一実施形態は、ＰＯＬＩＣＲＹＰＳ材料に対して同様の形態を有する、いわゆる電気的制御可能ポリマー液晶ポリマーホログラム（ＰＯＬＩＰＨＥＭ）である。ここで説明した２つの実施形態は、複合材料５２のブラッグ格子の特性によい影響を与える非ドロップレット構造を提供する。例えば、非コヒーレント反射が起きないため散乱損失を大幅に低減され、液晶ドメインの大きさがドロップレットサイズではなく格子間隔により決まるので切り替え電圧が非常に低く、高い屈折率変調が達成され、格子周辺におけるシャープな解像度、及びマイクロ秒レンジの時間応答を達成できる。この材料は、ＨＰＤＬＣ材料に関して説明したように、偏光した光でないと機能しない。
【００４４】
液晶材料５０と複合材料５２との組成４８の別の実施形態は、液晶ゲルを形成したモノアクリレートと、ジアクリレートと、非反応性液晶材料との光重合混合物である。ここで、重合後、非反応的分子によりふくらんだゆるくクロスリンクした異方性ポリマーができ、液晶ポリマーは液晶を間に挟んだ硬い構造を形成する。パターン化した放射を用いて、スイッチング用の閾値電圧が異なる領域を作れる。ここで、クロスリンクしたネットワークは、メモリ機能を有するシステムとなり、スイッチング後に最初の配向状態に戻る。このように、ブラッグ格子状のパターンがジェル中に生成できる。このパターンは電場の印加により可視にも不可視にもなる。このジェルは電圧０では透明である。電圧をかけると、液晶材料は配向し、光を散乱する。
【００４５】
図４は、本発明によるリアプロジェクションスクリーン１１６の他の一実施形態を示す。プロジェクションスクリーン１１６は、第１の透明基板５４を有する。この基板の一面には第１の透明電極５６が配置されている。第１の透明基板５４ａの他の一面には、表面レリーフ格子５８を有するレリーフ部分が配置されている。第１の透明基板５４は、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）でできたサポートレイヤ６０と、ポリカーボネートでできたレリーフレイヤ６２により構成されている。プロジェクションスクリーン１１６は、さらに、第２の透明電極６６を有する第２の透明基板６４と、ガラスまたはＰＭＭＡでできたサポートレイヤ６８と、ラビングしたポリイミドレイヤ７０とを、この順序でスタックしたものを有する。
【００４６】
第１と第２の透明基板５４と６４の間に、液晶レイヤ７２があり、第１の透明基板５４に隣接する一面で、レリーフ部分またはレリーフレイヤ６２に向かい、表面レリーフ格子５８を満たしている。第２の透明基板６４に隣接する他面で、液晶レイヤ７２はラビングしたポリイミドレイヤ７０に面する。ラビングしたポリイミドレイヤ７０は、第１と第２の透明基板５４,６４の間に挟まれた液晶材料の配向角を設定するために設けられている。
【００４７】
第１と第２の電極５６と６６は、図４に示したように、スタックしたレイヤの配置とは異なる部分に配置できる。例えば第１の透明電極５６は、第１の透明基板５４のサポートレイヤ６０とレリーフレイヤ６２の間に配置でき、第２の透明電極６６は、サポートレイヤ６８とラビングしたポリイミドレイヤ７０との間に配置できる。
【００４８】
液晶材料の屈折率を切り替えて、隣接するポリカーボネートレイヤと等しくまたは等しくなくできる。そのため、レイヤ間の遷移時に表面レリーフ格子液晶材料とレリーフレイヤの屈折率のスイッチ可能な差異により、隠したり表したりできる。
【００４９】
２次元の格子の周期は約１０００ｎｍであり、この格子の変調深度は約２００ｎｍである。再び、格子は好ましくは図２に示したようなセットアップにより生産される。この場合、拡散器の使用により、角度と波長の広がりを望みの量にできる。
【００５０】
表面レリーフ格子構造をエンボス加工で生産することもできる。ここで、第１の格子は、干渉パターンを生成する図２のセットアップを用いて形成できる。この干渉パターンは、ニッケルへの電鋳法によりエンボスマスターに転写する。これを、射出成形、熱エンボス加工、または連続薄膜複製などの精密マイクロ複製プロセス用のエンボス加工ツールとして用いることもできる。
【００５１】
プロジェクションスクリーン１１６の回折メカニズムは、プロジェクションスクリーン１６の体積ブラッグ格子を考慮して上で説明した回折とは異なる。プロジェクションスクリーン１１６の回折メカニズムを示すため、周知の回折格子における回折を図４ａに示した。
【００５２】
表面法線Ｌに対して角度θｉｎで表面レリーフ格子に入射する光は、格子周期ｐを有する表面レリーフ格子５８において回折される。ここで、格子の式は
【００５３】
【数１】
であり、ｎｉｎは第１の透明基板５４のレリーフ部分またはレリーフレイヤ６２の回折インデックスであり、ｎｏｕｔは液晶レイヤ７２の回折インデックス（diffractive index）であり、ｍは回折次数を表す。本発明の実施形態では、出射角θｏｕｔを、ｍ＝−１として、入来光の１次回折とすることが好ましい。このように、表面レリーフ格子５８により、拡散光の照度も高くすることができる。上記の格子の式から分かるように、スクリーンは、回折インデックスｎｏｕｔとｎｉｎとを等しくするか等しくしないことにより、容易にスイッチ可能である。これは、第１と第２の電極５６と６６により発生される電場を液晶レイヤ７２に印加することにより行える。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リアプロジェクションシステムであって、
プロジェクタと、
透明モードと回折モードの間でスイッチ可能なプロジェクションスクリーンと、
前記プロジェクタは、前記プロジェクタからの光が前記プロジェクションスクリーンの前記リアサイドに傾いた角度で入射するように、前記プロジェクションスクリーンに対して配置され、前記プロジェクションスクリーンは、回折モードのとき、前記入射光を、前記プロジェクションスクリーンの前記前表面法線に対して限定された角度範囲に屈折するように構成された、リアプロジェクションシステム。
【請求項２】
前記プロジェクションスクリーンをショッピングウィンドウとして用いる、
請求項１に記載のリアプロジェクションシステム。
【請求項３】
前記入射光と前記プロジェクションスクリーンの前記後表面法線との間の前記入射角は３０°より大きい、
請求項１または２に記載のリアプロジェクションシステム。
【請求項４】
前記限定された角度範囲は前記垂直方向で−１０°から１０°である、
請求項１ないし３いずれか一項に記載のリアプロジェクションシステム。
【請求項５】
前記プロジェクタからの前記光は偏光している、
請求項１ないし４いずれか一項に記載のリアプロジェクションシステム。
【請求項６】
前記プロジェクションスクリーンは、
第１の透明電極を有する第１の透明基板と、
液晶材料と複合材料との組成と、
第２の透明電極を有する第２の透明基板と、を有し、
前記第１と第２の基板の間に配置された前記液晶材料の前記屈折率は、前記第１と第２の電極が発生する電場によりスイッチ可能であり、前記複合材料の前記屈折率と実質的に等しいか、または異なる、
請求項１ないし５いずれか一項に記載のリアプロジェクションシステム。
【請求項７】
前記複合材料はポリマーである、
請求項６に記載のリアプロジェクションシステム。
【請求項８】
前記液晶材料と前記複合材料との前記組成は、スイッチ可能ブラッグ格子を形成するように構成された、
請求項６または７に記載のリアプロジェクションシステム。
【請求項９】
前記液晶材料と前記複合材料との前記組成はホログラフィックポリマー分散液晶（ＨＰＤＬＣ）材料である、
請求項８に記載のリアプロジェクションシステム。
【請求項１０】
前記液晶材料と前記複合材料の前記組成はポリマー液晶ポリマースライス（ＰＯＬＩＣＲＩＰＳ）材料、または電気的制御可能ポリマー液晶ポリマーホログラム（ＰＯＬＩＰＨＥＭ）材料である、
請求項８に記載のリアプロジェクションシステム。
【請求項１１】
前記液晶材料と前記複合材料との前記組成は、液晶ゲルを形成したモノアクリレートと、ジアクリレートと、不活性液晶材料との光重合混合物である、
請求項８に記載のリアプロジェクションシステム。
【請求項１２】
透明モードと回折モードとの間をスイッチ可能なリアプロジェクションスクリーンであって、
第１の透明電極と、表面レリーフ格子を有するレリーフ部分とを有する第１の透明基板と、
前記第１の透明基板の前記レリーフ部分の隣に配置され、前記表面レリーフ格子を満たしている液晶材料と、
第２の透明電極を有する第２の透明基板と、を有し、
前記液晶材料の前記屈折率は前記第１の透明基板の前記レリーフ部分の前記屈折率と実質的に等しく、または異なるように前記第１と第２の電極の電場により変更できる、リアプロジェクションスクリーン。
【請求項１３】
前記第１の透明基板は、ＰＭＭＡでできたサポートレイヤと、前記液晶レイヤに面した、ポリカーボネートでできたレリーフレイヤとを有する、
請求項１２に記載のリアプロジェクションスクリーン。
【請求項１４】
前記第２の基板は、ガラスでできたサポートレイヤと、前記液晶レイヤに面した、ラビングしたポリイミドレイヤとを有する、
請求項１２または１３に記載のリアプロジェクションスクリーン。
【請求項１５】
前記表面レリーフ格子は、格子周期が約１０００ｎｍであり、変調深度が約１００−３００ｎｍの範囲である、
請求項１２ないし１４いずれか一項に記載のリアプロジェクションスクリーン。
【請求項１６】
請求項１２乃至１５いずれか一項に記載のリアプロジェクションスクリーンの生産方法であって、
第１の透明電極と、エンボスプロセス用に用意した透明表明部分とを有する第１の透明基板を設ける段階と、
前記透明表面部分をエンボス加工して、表面レリーフ格子を有するレリーフ部分を前記第１の透明基板に形成する段階と、
前記第１の透明基板の前記レリーフ部分に液晶材料をデポジションして、前記表面レリーフ格子を満たす段階と、
第２の透明電極を有する第２の透明基板を設ける段階と、
前記第１の透明基板と前記第２の透明基板とをアセンブルする段階と、を有する方法。
【請求項１７】
前記エンボス加工は、射出成形、熱エンボス加工、または連続薄膜複製により行う、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１】
リアプロジェクションシステムであって、
プロジェクタと、
透明モードと回折モードの間でスイッチ可能なプロジェクションスクリーンと、
前記プロジェクタは、前記プロジェクタからの光が前記プロジェクションスクリーンの前記リアサイドに傾いた角度で入射するように、前記プロジェクションスクリーンに対して配置され、前記プロジェクションスクリーンは、回折モードのとき、前記入射光を、前記プロジェクションスクリーンの前記前表面法線に対して限定された角度範囲に屈折するように構成された、リアプロジェクションシステム。
【請求項２】
前記プロジェクションスクリーンをショッピングウィンドウとして用いる、
請求項１に記載のリアプロジェクションシステム。
【請求項３】
前記入射光と前記プロジェクションスクリーンの前記後表面法線との間の前記入射角は３０°より大きい、
請求項１または２に記載のリアプロジェクションシステム。
【請求項４】
前記限定された角度範囲は前記垂直方向で−１０°から１０°である、
請求項１ないし３いずれか一項に記載のリアプロジェクションシステム。
【請求項５】
前記プロジェクタからの前記光は偏光している、
請求項１ないし４いずれか一項に記載のリアプロジェクションシステム。
【請求項６】
前記プロジェクションスクリーンは、
第１の透明電極を有する第１の透明基板と、
液晶材料と複合材料との組成と、
第２の透明電極を有する第２の透明基板と、を有し、
前記第１と第２の基板の間に配置された前記液晶材料の前記屈折率は、前記第１と第２の電極が発生する電場によりスイッチ可能であり、前記複合材料の前記屈折率と実質的に等しいか、または異なる、
請求項１ないし５いずれか一項に記載のリアプロジェクションシステム。
【請求項７】
前記複合材料はポリマーである、
請求項６に記載のリアプロジェクションシステム。
【請求項８】
前記液晶材料と前記複合材料との前記組成は、スイッチ可能ブラッグ格子を形成するように構成された、
請求項６または７に記載のリアプロジェクションシステム。
【請求項９】
前記液晶材料と前記複合材料との前記組成はホログラフィックポリマー分散液晶（ＨＰＤＬＣ）材料である、
請求項８に記載のリアプロジェクションシステム。
【請求項１０】
前記液晶材料と前記複合材料の前記組成はポリマー液晶ポリマースライス（ＰＯＬＩＣＲＩＰＳ）材料、または電気的制御可能ポリマー液晶ポリマーホログラム（ＰＯＬＩＰＨＥＭ）材料である、
請求項８に記載のリアプロジェクションシステム。
【請求項１１】
前記液晶材料と前記複合材料との前記組成は、液晶ゲルを形成したモノアクリレートと、ジアクリレートと、不活性液晶材料との光重合混合物である、
請求項８に記載のリアプロジェクションシステム。
【請求項１２】
透明モードと回折モードとの間をスイッチ可能なリアプロジェクションスクリーンであって、
第１の透明電極と、表面レリーフ格子を有するレリーフ部分とを有する第１の透明基板と、
前記第１の透明基板の前記レリーフ部分の隣に配置され、前記表面レリーフ格子を満たしている液晶材料と、
第２の透明電極を有する第２の透明基板と、を有し、
前記液晶材料の前記屈折率は前記第１の透明基板の前記レリーフ部分の前記屈折率と実質的に等しく、または異なるように前記第１と第２の電極の電場により変更できる、リアプロジェクションスクリーン。
【請求項１３】
前記第１の透明基板は、ＰＭＭＡでできたサポートレイヤと、前記液晶レイヤに面した、ポリカーボネートでできたレリーフレイヤとを有する、
請求項１２に記載のリアプロジェクションスクリーン。
【請求項１４】
前記第２の基板は、ガラスでできたサポートレイヤと、前記液晶レイヤに面した、ラビングしたポリイミドレイヤとを有する、
請求項１２または１３に記載のリアプロジェクションスクリーン。
【請求項１５】
前記表面レリーフ格子は、格子周期が約１０００ｎｍであり、変調深度が約１００−３００ｎｍの範囲である、
請求項１２ないし１４いずれか一項に記載のリアプロジェクションスクリーン。
【請求項１６】
請求項１２乃至１５いずれか一項に記載のリアプロジェクションスクリーンの生産方法であって、
第１の透明電極と、エンボスプロセス用に用意した透明表明部分とを有する第１の透明基板を設ける段階と、
前記透明表面部分をエンボス加工して、表面レリーフ格子を有するレリーフ部分を前記第１の透明基板に形成する段階と、
前記第１の透明基板の前記レリーフ部分に液晶材料をデポジションして、前記表面レリーフ格子を満たす段階と、
第２の透明電極を有する第２の透明基板を設ける段階と、
前記第１の透明基板と前記第２の透明基板とをアセンブルする段階と、を有する方法。
【請求項１７】
前記エンボス加工は、射出成形、熱エンボス加工、または連続薄膜複製により行う、
請求項１６に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図３ａ】
【図４】
【図４ａ】
【図２】
【図３】
【図３ａ】
【図４】
【図４ａ】
【公表番号】特表２０１１−５２４９９７（Ｐ２０１１−５２４９９７Ａ）
【公表日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５１３０８８（Ｐ２０１１−５１３０８８）
【出願日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００９／０５２３５８
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１５０５７９
【国際公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００９／０５２３５８
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１５０５７９
【国際公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【Ｆターム（参考）】
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