JP6373510B2 - 映像音響システム - Google Patents
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Description
また、表示装置の裏面側にスピーカを配置するのみでは、音に十分な立体感を持たせることができず、臨場感が不十分であった。
すなわち、本発明は、以下の構成の映像音響システムを提供する。
映像が投影されるスクリーン、または、映像表示装置である表示装置を含み、
少なくとも1つの電気音響変換ユニットが、表示装置の映像が表示される面とは反対側の背面に配置され、かつ、複数の振動領域が表示装置の背面の全面に配列されており、
電気音響変換ユニットに入力される音データに振動領域の位置情報が含まれている映像音響システム。
(2) 表示装置に表示される映像に基づいて、表示装置の背面に配列された複数の振動領域から少なくとも1つの振動領域を選択して音を発生させる(1)に記載の映像音響システム。
(3) 表示装置において映像が表示される領域の面積に対する、複数の振動領域の総面積の割合が80%以上である(1)または(2)に記載の映像音響システム。
(4) 振動領域が四角形状である(1)〜(3)のいずれかに記載の映像音響システム。
(5) 振動領域を4個以上有する(1)〜(4)のいずれかに記載の映像音響システム。
(6) 1つの振動領域を有する電気音響変換ユニットを複数有し、
複数の電気音響変換ユニットが、表示装置の背面に配列されている(1)〜(5)のいずれかに記載の映像音響システム。
(7) 電気音響変換フィルムは、高分子複合圧電体を挟持する薄膜電極の組を複数有し、複数の振動領域を形成されてなるものである(1)〜(5)のいずれかに記載の映像音響システム。
(8) 映画館、ホームシアター、デジタルサイネージ、プロジェクションマッピング、および、フレキシブル有機ELディスプレイのいずれかに用いられる(1)〜(7)のいずれかに記載の映像音響システム。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
なお、本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
図1Aおよび図1Bに示す映像音響システム100は、映像を表示する表示装置102と、表示装置102の裏面側に全面的に配列された、音を再生するスピーカである複数の電気音響変換ユニット(以下、「変換ユニット」ともいう)40とを有する。
図示例の映像音響システム100においては、40個の変換ユニット40が、表示装置102の裏面側の全面に、5行×8列のマトリックス状に配列されている。
この点については後に詳述する。
表示装置102は、プロジェクターや映写機等からの映像が投影されるスクリーン、または、液晶ディスプレイや映像表示装置である。
スクリーンとしては限定はなく、樹脂等により形成された、白色や銀色等のシート状物等の、プロジェクター用のスクリーンとして用いられる種々の公知のスクリーンが利用可能である。
また、映像表示装置としても限定はなく、公知の有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイや液晶ディスプレイ等が利用可能である。
図2Aに変換ユニット40の一例を模式的に表す上面図を示す、図2Bに、図2AのB−B線断面図を示す。
前述のとおり、変換ユニット40は、電気音響変換フィルム(以下、「変換フィルム」ともいう)を振動板として用いるものである。
この変換ユニット40は、変換フィルム10と、ケース42と、粘弾性支持体46と、押圧部材48とを有して構成される。
ここで、変換ユニット40に用いられる変換フィルム10は、常温で粘弾性を有する高分子材料からなる粘弾性マトリックス中に圧電体粒子を分散してなる高分子複合圧電体、および、高分子複合圧電体の両面に積層された薄膜電極を有する変換フィルムである。
変換フィルム10については後に詳述する。
なお、変換ユニットにおいて、ケース42の形状(すなわち変換ユニットの形状)は、四角筒状に限定はされず、円筒状や底面が長方形の四角筒状等の各種の形状の筐体が利用可能である。
図示例において、粘弾性支持体46は、ケース42の底面とほぼ同等の底面形状を有する四角柱状である。また、粘弾性支持体46の高さは、ケース42の深さよりも大きい。
粘弾性支持体46の比重には、特に限定はなく、粘弾性支持体の種類に応じて、適宜、選択すればよい。一例として、粘弾性支持体としてフェルトを用いた場合には、比重は、50〜500kg/m3が好ましく、100〜300kg/m3がより好ましい。また、粘弾性支持体としてグラスウールを用いた場合には、比重は、10〜100kg/m3が好ましい。
なお、ケース42への押圧部材48の固定方法には、特に限定はなく、ビスやボルトナットを用いる方法、固定用の治具を用いる方法等、公知の方法が、各種、利用可能である。
そのため、変換ユニット40では、粘弾性支持体46の周辺部に近くなるほど、粘弾性支持体46が変換フィルム10によって下方に押圧されて厚さが薄くなった状態で、保持される。すなわち、変換フィルム10の主面の少なくとも一部が湾曲した状態で保持される。これにより、変換フィルム10の少なくとも一部に湾曲部が形成される。変換ユニット40において、この湾曲部が振動領域となる。なお、以下の説明では、湾曲部を振動領域ともいう。
この際、変換フィルム10の面方向において、粘弾性支持体46の全面を押圧して、全面的に厚さが薄くなるようにするのが好ましい。すなわち、変換フィルム10の全面が粘弾性支持体46により押圧されて支持されるのが好ましい。
また、このように形成された湾曲部は、中心から周辺部に向かって緩やかに曲率が変化しているのが好ましい。これにより、共振周波数を分散させ、より広帯域化できる。
圧電性を有する変換フィルムを用いる変換ユニットは、一般的に振動板が円形状を有するコーンスピーカに比べて、ユニット全体の大きさに対する振動板の相対的な大きさを大きくし易く、小型化が容易である。
加えて、粘弾性支持体46の厚さにも、特に限定は無いが、押圧される前の厚さが、1〜100mm、特に10〜50mmであるのが好ましい。
例えば、粘弾性支持体46に代えて、弾性を有する弾性支持体を有する構成としてもよい。
弾性支持体としては、天然ゴムや各種合成ゴムが例示される。
すなわち、変換フィルム10を利用する変換ユニットは、押圧部材48を有さずに、例えばケース42の4箇所の角において、ビスやボルトナット、治具などによって、変換フィルム10をケース42の上面に押圧/固定してなる構成も利用可能である。
また、ケース42と変換フィルム10との間には、Oリング等を介在させてもよい。このような構成を有することにより、ダンパ効果を持たせることができ、変換フィルム10の振動がケース42に伝達されることを防止して、より優れた音響特性を得ることができる。
例えば、剛性を有する支持板の上に粘弾性支持体を載置し、粘弾性支持体を覆って変換フィルム10を載せ、先と同様の押圧部材を周辺部に載置する。次いで、ビス等によって押圧部材を支持板に固定することにより、押圧部材と一緒に粘弾性支持体を押圧した構成も、利用可能である。
なお、支持板の大きさとしては粘弾性支持体よりも大きくても良く、更に支持板の材質としては、ポリスチレンや発泡PET、或いはカーボンファイバーなどの各種振動板を用いることで、変換ユニットの振動を更に増幅する効果も期待できる。
すなわち、変換ユニットは、変換フィルム10の湾曲した状態で保持される構成であれば、各種の構成が利用可能である。
あるいは、変換フィルム10を樹脂フィルムに貼り付けて張力を付与する(湾曲させる)構成としてもよい。樹脂フィルムで保持する構成とし、湾曲させた状態で保持できるようにすることでフレキシブルなスピーカとすることができる。
あるいは、変換フィルム10を湾曲したフレームに張り上げた構成としてもよい。
例えば、変換フィルム10自体に凸部を形成して湾曲させてもよい。凸部の形成方法としては特に限定はなく、種々の公知の樹脂フィルムの加工方法が利用可能である。例えば、真空加圧成型法、エンボス加工等の形成方法により、凸部を形成することができる。
図3は、変換フィルム10の一例を概念的に示す断面図である。
図3に示すように、変換フィルム10は、圧電性を有するシート状物である圧電体層12と、圧電体層12の一方の面に積層される下部薄膜電極14と、下部薄膜電極14上に積層される下部保護層18と、圧電体層12の他方の面に積層される上部薄膜電極16と、上部薄膜電極16上に積層される上部保護層20とを有する。
図3に概念的に示すように、圧電体層12を形成する高分子複合圧電体は、常温で粘弾性を有する高分子材料を含有する粘弾性マトリックス24中に、圧電体粒子26を分散したものである。なお、本明細書において、「常温」とは、0〜50℃程度の温度域を指す。
また、好ましくは、圧電体層12は、分極処理されている。
(i) 可撓性
例えば、携帯用として新聞や雑誌のように書類感覚で緩く撓めた状態で把持する場合、絶えず外部から、数Hz以下の比較的ゆっくりとした、大きな曲げ変形を受けることになる。この時、高分子複合圧電体が硬いと、その分大きな曲げ応力が発生し、高分子マトリックスと圧電体粒子との界面で亀裂が発生し、やがて破壊に繋がる恐れがある。従って、高分子複合圧電体には適度な柔らかさが求められる。また、歪みエネルギーを熱として外部へ拡散できれば応力を緩和することができる。従って、高分子複合圧電体の損失正接が適度に大きいことが求められる。
(ii) 音質
スピーカは、20Hz〜20kHzのオーディオ帯域の周波数で圧電体粒子を振動させ、その振動エネルギーによって振動板(高分子複合圧電体)全体が一体となって振動することで音が再生される。従って、振動エネルギーの伝達効率を高めるために高分子複合圧電体には適度な硬さが求められる。また、スピーカの周波数特性が平滑であれば、曲率の変化に伴い最低共振周波数f0が変化した際の音質の変化量も小さくなる。従って、高分子複合圧電体の損失正接は適度に大きいことが求められる。
高分子複合圧電体(圧電体層12)において、ガラス転移点が常温にある高分子材料、言い換えると、常温で粘弾性を有する高分子材料をマトリックスに用いることで、20Hz〜20kHzの振動に対しては硬く、数Hz以下の遅い振動に対しては柔らかく振舞う高分子複合圧電体が実現する。特に、この振舞いが好適に発現する等の点で、周波数1Hzでのガラス転移温度が常温、すなわち、0〜50℃にある高分子材料を、高分子複合圧電体のマトリックスに用いるのが好ましい。
これにより、高分子複合圧電体が外力によってゆっくりと曲げられた際に、最大曲げモーメント部における高分子マトリックス/圧電体粒子界面の応力集中が緩和され、高い可撓性が期待できる。
これにより、高分子複合圧電体が外力によってゆっくりと曲げられた際に発生する曲げモーメントが低減できると同時に、20Hz〜20kHzの音響振動に対しては硬く振る舞うことができる。
しかしながら、その反面、良好な耐湿性の確保等を考慮すると、高分子材料は、比誘電率が25℃において10以下であるのも、好適である。
なお、これらの高分子材料は、1種のみを用いてもよく、複数種を併用(混合)して用いてもよい。
すなわち、粘弾性マトリックス24には、誘電特性や機械特性の調整等を目的として、シアノエチル化PVA等の粘弾性材料に加え、必要に応じて、その他の誘電性高分子材料を添加しても良い。
中でも、シアノエチル基を有する高分子材料は、好適に利用される。
また、圧電体層12の粘弾性マトリックス24において、シアノエチル化PVA等の常温で粘弾性を有する材料に加えて添加される誘電性ポリマーは、1種に限定はされず、複数種を添加してもよい。
更に、粘着性を向上する目的で、ロジンエステル、ロジン、テルペン、テルペンフェノール、石油樹脂、等の粘着付与剤を添加しても良い。
これにより、粘弾性マトリックス24における粘弾性緩和機構を損なうことなく、添加する高分子材料の特性を発現できるため、高誘電率化、耐熱性の向上、圧電体粒子26や電極層との密着性向上等の点で好ましい結果を得ることができる。
誘電体粒子は、25℃における比誘電率が80以上の高い比誘電率を持つ粒子からなるものである。
誘電体粒子としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、チタン酸バリウム(BaTiO3)、酸化チタン(TiO2)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)、チタン酸ジルコン酸ランタン酸鉛(PLZT)、酸化亜鉛(ZnO)、チタン酸バリウムとビスマスフェライト(BiFeO3)との固溶体(BFBT)等が例示される。なかでも、高い比誘電率を有する点で、誘電体粒子としてチタン酸バリウム(BaTiO3)を用いるのが好ましい。
また、粘弾性マトリックスと誘電体粒子との合計体積に対する、誘電体粒子の体積分率は、5〜45%が好ましく、10〜30%がより好ましく、20〜30%が特に好ましい。
圧電体粒子26を構成するセラミックス粒子としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、チタン酸ジルコン酸ランタン酸鉛(PLZT)、チタン酸バリウム(BaTiO3)、酸化亜鉛(ZnO)、および、チタン酸バリウムとビスマスフェライト(BiFe3)との固溶体(BFBT)等が例示される。
なお、これらのセラミックス粒子は、1種のみを用いてもよく、複数種を併用して用いてもよい。
圧電体粒子26の粒径を上記範囲とすることにより、高い圧電特性とフレキシビリティとを両立できる、耐電圧を向上できる等の点で好ましい結果を得ることができる。
すなわち、圧電体層12中の圧電体粒子26は、好ましくは均一に分散されていれば、粘弾性マトリックス24中に不規則に分散されていてもよい。
ここで、本発明者の検討によれば、圧電体層12中における圧電体粒子26の体積分率は、30〜70%が好ましく、特に、50%以上とするのが好ましく、従って、50〜70%とするのが、より好ましい。
粘弾性マトリックス24と圧電体粒子26との量比を上記範囲とすることにより、高い圧電特性とフレキシビリティとを両立できる等の点で好ましい結果を得ることができる。
ここで、本発明者の検討によれば、圧電体層12の厚さを薄くすることで、自重による撓みを軽減し、また、軽くすることで、印加電圧に対する圧電フィルムの追従性を向上させて、音圧や音質を向上できる。また、柔軟性を付与することができる。一方で、圧電体層12の厚さが薄すぎると、剛性が連続して電圧を印加した際や、高電圧を印加した際に、局所的な短絡が発生するおそれがある。また、剛性が低下するおそれがある。
上記観点から、圧電体層12の厚さは、5μm〜100μmが好ましく、8μm〜50μmがより好ましく、特に、10〜40μmがさらに好ましく、特に、15〜25μmが好ましい。
なお、圧電体層12は、分極処理(ポーリング)されているのが好ましいのは、前述のとおりである。分極処理に関しては、後に詳述する。
なお、変換フィルム10は、これらの層に加えて、例えば、上部薄膜電極16、および、下部薄膜電極14からの電極の引出しを行う電極引出し部や、圧電体層12が露出する領域を覆って、ショート等を防止する絶縁層等を有していてもよい。
なお、各薄膜電極において、電極引出し部は1つには限定されず、2以上の電極引出し部を有していてもよい。特に、保護層の一部を除去して孔部に導電材料を挿入して電極引出し部とする構成の場合には、より確実に通電を確保するために、電極引出し部を3以上有するのが好ましい。
このように、上部薄膜電極16および下部薄膜電極14で挾持された領域は、印加された電圧に応じて駆動される。
なお、下部保護層18および上部保護層20は、配置位置が異なるのみで、構成は同じであるので、以下の説明においては、下部保護層18および上部保護層20を区別する必要がない場合には、両部材をまとめて、保護層ともいう。
中でも、ガラス転移温度Tgが150℃以上で優れた耐熱性を示す等の観点から、ポリアミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリカーボネート、トリアセチルセルロースが好適に用いられる。これらより、電圧印加時の発熱による外観損傷を防ぐことができたり、高温下での放置試験ならびに駆動試験に耐えることができる。
ここで、上部保護層20および下部保護層18の剛性が高過ぎると、圧電体層12の伸縮を拘束するばかりか、可撓性も損なわれるため、機械的強度やシート状物としての良好なハンドリング性が要求される場合を除けば、上部保護層20および下部保護層18は、薄いほど有利である。
例えば、圧電体層12の厚さが20μmで上部保護層20および下部保護層18がPETからなる場合、上部保護層20および下部保護層18の厚さは、40μm以下が好ましく、20μm以下がより好ましく、中でも15μm以下とするのが好ましい。
上部電極16および下部電極14は、変換フィルム10(圧電体層12)に電界を印加するために設けられる。
なお、下部電極14および上部電極16は、大きさおよび配置位置が異なるのみで、構成は同じであるので、以下の説明においては、下部電極14および上部電極16を区別する必要がない場合には、両部材をまとめて、薄膜電極ともいう。
上部電極16および下部電極14の厚さには、特に、限定は無い。また、上部電極16および下部電極14の厚さは、基本的に同じであるが、異なってもよい。
例えば、上部保護層20および下部保護層18がPET(ヤング率:約6.2GPa)で、上部電極16および下部電極14が銅(ヤング率:約130GPa)からなる組み合わせの場合、上部保護層20および下部保護層18の厚さが25μmだとすると、上部電極16および下部電極14の厚さは、1.2μm以下が好ましく、0.3μm以下がより好ましく、中でも0.1μm以下とするのが好ましい。
すなわち、薄膜電極の少なくとも一方が、例えば圧電体層12よりも小さく、変換フィルム10の周辺部において、圧電体層12と保護層とが、直接、接触するような構成でもよい。
この場合は、高分子成分として、ポリ(メタ)アクリル、ポリウレタン、ポリエステルポリオレフィン、PVA、ポリスチレンなどの熱可塑性樹脂やフェノール樹脂、メラミン樹脂などの熱硬化性樹脂を使用することができる。なかでも音響性能を向上させるために、誘電性高分子が好ましく用いられる。具体的には前述の高分子などが好ましく使用することができる。また、高分子成分以外にも高誘電体粒子や帯電防止剤、界面活性剤、増粘剤、架橋剤など添加しても構わない。
着色層を有することで、上部薄膜電極16および下部薄膜電極14の錆びが、外部から視認できないようにすることができる。
なお、透過濃度とは、入射光に対する透過光の比率として計測される光学濃度であり、透過濃度0.3のときの透過率は約50%であり、透過濃度0.5のときの透過率は約30%である。
また、着色層は、電気抵抗率が低いのが好ましく、1×10-7Ωm以下であるのが好ましい。
具体的には、着色層の形成材料としては、インジウム、ニッケル、チタン、アルミニウム、金、白金、クロム等の金属、カーボンブラック(CB)、酸化チタン、酸化亜鉛、硫酸バリウム等の無機顔料、キナクリドン系、アゾ系、ベンズイミダゾロン系、フタロシアニン系、アンスラキノン系の有機顔料、内部に空孔を有した光散乱性を有した部材等が例示される。
上述の透過濃度、厚さ、および、電気抵抗率の観点から、着色層の形成材料として金属を用いることが好ましく、中でも、ニッケルがより好ましい。
例えば、着色層の形成材料として、金属を用いる場合には、真空蒸着やスパッタリング等の気相堆積法(真空成膜法)やめっきによる成膜や、上記材料で形成された箔を貼着する方法等が利用可能である。より薄く形成可能な点から真空蒸着により形成するのがより好ましい。
また、着色層の形成材料として、顔料を用いる場合には、塗布法、印刷等が利用可能である。
また、あらかじめ形成された着色層を転写する方法も利用可能である。
このような変換フィルム10は、動的粘弾性測定による周波数1Hzでの損失正接(Tanδ)が0.1以上となる極大値が常温に存在するのが好ましい。
これにより、変換フィルム10が外部から数Hz以下の比較的ゆっくりとした、大きな曲げ変形を受けたとしても、歪みエネルギーを効果的に熱として外部へ拡散できるため、高分子マトリックスと圧電体粒子との界面で亀裂が発生するのを防ぐことができる。
これにより、常温で変換フィルム10が貯蔵弾性率(E’)に大きな周波数分散を有することができる。すなわち、20Hz〜20kHzの振動に対しては硬く、数Hz以下の振動に対しては柔らかく振る舞うことができる。
これにより、変換フィルム10が可撓性および音響特性を損なわない範囲で、適度な剛性と機械的強度を備えることができる。
これにより、変換フィルム10を用いたスピーカの周波数特性が平滑になり、スピーカの曲率の変化に伴い最低共振周波数f0が変化した際の音質の変化量も小さくできる。
下部保護層18が非常に薄く、ハンドリング性が悪い時などは、必要に応じて、セパレータ(仮支持体)付きの下部保護層18を用いても良い。尚、セパレータとしては、厚さ25〜100μmのPET等を用いることができる。なお、セパレータは、薄膜電極および保護層の熱圧着後、側面絶縁層や、第2の保護層等を形成する直前に、取り除けばよい。
あるいは、下部保護層18の上に銅薄膜等が形成された、市販品をシート状物11aとして利用してもよい。
前述のシート状物11aを準備し、かつ、塗料を調製したら、この塗料をシート状物にキャスティング(塗布)して、有機溶媒を蒸発して乾燥する。これにより、図4Bに示すように、下部保護層18の上に下部電極14を有し、下部電極14の上に圧電体層12を形成してなる積層体11bを作製する。
あるいは、粘弾性材料がシアノエチル化PVAのように加熱溶融可能な物であれば、粘弾性材料を加熱溶融して、これに添加高分子材料および圧電体粒子26を添加/分散してなる溶融物を作製し、押し出し成型等によって、図4Aに示すシート状物11aの上にシート状に押し出し、冷却することにより、図4Bに示すような、下部保護層18の上に下部電極14を有し、下部電極14の上に圧電体層12を形成してなる積層体11bを作製してもよい。
粘弾性マトリックス24に、これらの高分子圧電材料を添加する際には、上記塗料に添加する高分子圧電材料を溶解すればよい。あるいは、上記加熱溶融した粘弾性材料に、添加する高分子圧電材料を添加して加熱溶融すればよい。
下部保護層18の上に下部電極14を有し、下部電極14の上に圧電体層12を形成してなる積層体11bを作製したら、好ましくは、圧電体層12の分極処理(ポーリング)を行う。
さらに、積層体11bを加熱保持する加熱手段、例えば、ホットプレートを用意する。
また、コロナポーリング処理では、コロナ電極30を移動する方法にも、限定はされない。すなわち、コロナ電極30を固定し、積層体11bを移動させる移動機構を設け、この積層体11bを移動させて分極処理をしてもよい。この積層体11bの移動も、公知のシート状物の移動手段を用いればよい。
さらに、コロナ電極30の数は、1本に限定はされず、複数本のコロナ電極30を用いて、コロナポーリング処理を行ってもよい。
また、分極処理は、コロナポーリング処理に限定はされず、分極処理を行う対象に、直接、直流電界を印加する、通常の電界ポーリングも利用可能である。但し、この通常の電界ポーリングを行う場合には、分極処理の前に、上部電極16を形成する必要が有る。
なお、この分極処理の前に、圧電体層12の表面を加熱ローラ等を用いて平滑化する、カレンダー処理を施してもよい。このカレンダー処理を施すことで、後述する熱圧着がスムーズに行える。
次いで、図2(E)に示すように、上部電極16を圧電体層12に向けて、シート状物11cを、圧電体層12の分極処理を終了した積層体11bに積層する。
さらに、この積層体11bとシート状物11cとの積層体を、上部保護層20と下部保護層18とを挟持するようにして、加熱プレス装置や加熱ローラ対等で熱圧着して、変換フィルム10を作製する。
周知のように、RtoRとは、長尺な原材料を巻回してなるロールから、原材料を引き出して、長手方向に搬送しつつ、成膜や表面処理等の各種の処理を行い、処理済の原材料を、再度、ロール状に巻回する製造方法である。
具体的には、図1Aおよび図1Bに示す映像音響システム100においては、40個の変換ユニット40が、表示装置102の裏面の面方向に、裏面の全面に略均等に、5行×8列のマトリックス状に配列されている。
また、各変換ユニット40は、音を発生する変換フィルム10側(振動領域側)を表示装置102の裏面に対面して配置されている。
なお、複数の変換ユニット40は、面方向において、表示装置102の映像が表示される領域に配列されていればよい。
例えば、人物が発声している映像の場合には、発声している人物の顔(あるいは口元等)の位置に配置された変換ユニット40に、この人物が発声している音のデータが入力され、この変換ユニット40がこの人物が発声している音声を再生する。
また、表示装置の裏面側にスピーカを配置するのみでは、音に十分な立体感を持たせることができず、臨場感が不十分であった。
しかしながら、従来のコーンスピーカや一般的な圧電フィルムを用いた圧電スピーカ等を用いて、映像が表示される領域の全域を覆うように高い密度で、複数のスピーカを配列した場合には、スピーカ同士の距離が近くなるため、隣接するスピーカ同士が影響しあい、クロストークが発生するという問題がある。
また、従来のコーンスピーカは、面方向における振動板の形状が円形状であるため、実質的に音を発生する領域である振動領域を高い密度で配列することができず、音の発生源となる物が表示されている位置から音を発生できない場合があるため、音と映像の位置ズレが生じる場合がある。
また、上述の変換フィルム10を振動板として用いる場合には、振動領域を四角形状にすることができるので、振動領域を高い密度で配列することができ、音の発生源となる物が表示されている位置から適正に音を発生できる。
これにより、本発明の映像音響システムは、臨場感のある音を再生できる。
例えば、音の発生源となる物の映像上での大きさが、1つの変換ユニット40よりも大きい場合には、音の発生源となる物が表示される位置にある2以上の変換ユニット40から音を発生してもよい。
なお、変換ユニット40の数が多いほど、より高い精度で、音の発生源となる物の位置から音を発生することができ、いわゆる音の解像度を高くできる。一方で、変換ユニット40の数を多くするためには、各変換ユニット40の大きさを小さくする必要があるが、変換ユニット40が小さすぎると再生可能帯域が狭くなる等の問題が生じるおそれがある。
したがって、変換ユニットの数は、4個以上が好ましい。
また、映像データおよび音データは、フィルム、ハードディスクドライブ、フラッシュメモリ、DVD、ブルーレイディスク等の各種記録媒体に記録されて提供されてもよく、あるいは、通信回線を介して提供されてもよい。
一例を、図5Aおよび図5Bに示す。
図5Aおよび図5Bに示す映像音響システム110は、映像を表示する表示装置102と表示装置102の裏面側に全面的に配列された、複数の変換ユニット112とを有する。
図示例の映像音響システム110においては、40個の変換ユニット112が、表示装置102の裏面側の全面に、5行×8列のマトリックス状に配列されている。
この変換ユニット112はそれぞれ、2つの振動領域114a、114bを有する。すなわち、映像音響システム110は、表示装置102の裏面側に、80個の振動領域が配列されたものである。
図6Aおよび図6Bに示す変換フィルム114は、圧電性を有するシート状物である圧電体層12と、圧電体層12の一方の面(図示例では上面)に形成される2つの上部薄膜電極16a、16bと、上部薄膜電極16a、16bの上にそれぞれ形成される2つの上部保護層20a、20bと、圧電体層12の上部薄膜電極16a、16bと逆面に形成される下部薄膜電極14a、14bと、下部薄膜電極14a、14bの上(図2では下面)に形成される下部保護層18と、側面絶縁層60とを有して構成される。
なお、図6Aにおいては、側面絶縁層60の図示を省略している。
また、変換フィルム114は、上部薄膜電極、下部薄膜電極および上部保護層をそれぞれ2つ有する以外は、変換フィルム10と同じ構成を有するので、同じ部位には同じ符号を付し、以下の説明は異なる部位を主に行なう。
このように、第1の上部薄膜電極16aおよび第1の下部薄膜電極14a(第1の電極対)で挾持された領域、ならびに、第2の上部薄膜電極16bおよび第2の下部薄膜電極14b(第2の電極対)で挾持された領域は、それぞれ印加された電圧に応じて駆動(振動)される。
このように電極対に挾持された領域がそれぞれ振動領域となる。また、第1の電極対で挾持された領域を、第1の振動領域114aとし、第2の電極対で挾持された領域を、第2の振動領域114bとする。
このとき、本発明においては、圧電体層12は、常温で粘弾性を有する高分子材料からなる粘弾性マトリックス36中に圧電体粒子38を分散してなるものであるので、各振動領域の振動が互いに干渉することがないため、1枚の変換フィルム114に複数の振動領域を形成した場合でも、各振動領域がそれぞれ良好に音を発生することができる。
複数の振動領域を有する変換フィルム114を用いた変換ユニット112を用いることで、振動領域の数をより多くすることができ、より高い精度で、音の発生源となる物の位置から音を発生することができ、いわゆる音の解像度をより高くできる。
すなわち、表示装置102の裏面側の全面に対応して複数の振動領域が配列された、表示装置102の裏面の全面に対応した大きさの変換フィルムを用いた変換ユニット1つを表示装置102の裏面側に配置する構成としてもよい。
例えば、表示装置に表示される映像に音の発生源となる物(音源)が表示されていない場面で、この音源からの音を再生する際には、すなわち、映像の外側に音源がある場面では、従来のスピーカシステムと同様に仮想音源を設定して音を再生し、一方、表示装置に表示される映像に音源が表示されている場面で、音源からの音を再生する際には、本発明の映像音響システムにより音を再生するようにしてもよい。
前述の図4A〜図4Eに示す方法によって、図3に示す変換フィルム10を作製した。
まず、下記の組成比で、シアノエチル化PVA(CR−V 信越化学工業社製)をメチルエチルケトン(MEK)に溶解した。その後、この溶液に、PZT粒子を下記の組成比で添加して、プロペラミキサー(回転数2000rpm)で分散させて、圧電体層12を形成するための塗料を調製した。
・PZT粒子・・・・・・・・・・・1000質量部
・シアノエチル化PVA・・・・・・・100質量部
・MEK・・・・・・・・・・・・・・600質量部
なお、PZT粒子は、市販のPZT原料粉を1000〜1200℃で焼結した後、これを平均粒径3.5μmになるように解砕および分級処理したものを用いた。
なお、プロセス中、良好なハンドリングを得るために、PETフィルムには厚さ50μmのセパレータ(仮支持体PET)付きのものを用い、薄膜電極および保護層の熱圧着後に、各保護層のセパレータを取り除いた。
次いで、シート状物11aの上に塗料を塗布した物を、120℃のオーブンで加熱乾燥することでMEKを蒸発させた。これにより、PET製の下部保護層18の上に銅製の下部電極14を有し、その上に、厚さが20μmの圧電体層12(圧電層)を形成してなる積層体11bを作製した。
次いで、積層体11bとシート状物11cとの積層体を、ラミネータ装置を用いて120℃で熱圧着することで、圧電体層12と上部電極16および下部電極14とを接着して平坦な変換フィルム10を作製した。
ここで、変換ユニット40における振動領域の大きさは、200mm×200mmとした。
ケース42は、一面が開放した箱型の容器で、外寸210mm×210mm、開放面の大きさ200mm×200mm、深さ4mm、高さ6mmのアルミニウム製の矩形容器を用いた。
また、ケース42内には、粘弾性支持体46を配置した。粘弾性支持体46は、組立前の高さ25mm、密度32kg/m3のグラスウールとした。
また、押圧部材48は、開口部の大きさ200mm×200mmのアルミニウム製の板状部材を用いた。
変換フィルム10を粘弾性支持体46およびケース42の開口部を覆うように配置して押圧部材48により周辺部を固定し、粘弾性支持体46により変換フィルム10に適度な張力と曲率を付与した。
表示装置102の表示面の大きさは、623mm×1107mmであった。
この表示装置102の裏面側に、振動領域のサイズが200mm×200mmの10個の変換ユニット40を2行×5列のマトリックス状に配列して、映像音響システム100を作製した。すなわち、振動領域の数は10個であった。
表示装置102の表示面の面積に対する、複数の変換ユニット40の振動領域の総面積は、60%であった。
表示装置102の裏面側に、15個の変換ユニット40を3行×5列のマトリックス状に配列した以外は実施例1と同様にして、映像音響システム100を作製した。すなわち、振動領域の数は15個であった。
表示装置102の表示面の面積に対する、複数の変換ユニット40の振動領域の総面積は、90%であった。
2つの振動領域を有する変換フィルム114を用いた以外は、実施例2と同様にして図5Aに示すような映像音響システム110を作製した。
具体的には、シート状物11aおよび11cとして、厚さ4μmのPETフィルムに、厚さ0.1μmの銅薄膜をパターニングして真空蒸着により形成した。銅薄膜は、大きさ90mm×200mmで2箇所に形成した。このようにして作製したシート状物11a、11cを用いた以外は実施例2と同様にして変換ユニット114を作製し、映像音響システム110を作製した。すなわち、振動領域の数は30個であった。
表示装置102の表示面の面積に対する、複数の変換ユニット40の振動領域の総面積は、88%であった。
表示装置102の周囲に、市販の5.1チャンネルのスピーカシステム(パイオニア株式会社製 HTP−S767)を配置して映像音響システムとした。
<立体感>
作製した映像音響システム100に、ある映画の映像信号および音信号を入力し、映像と音の位置があっていて音の定位ができることで、音に立体感があるか官能評価を行った。
評価は、20人による官能評価で行い、立体感があると評価した人数が18人以上の場合を評価Aとし、16人以上、18人未満の場合を評価Bとし、14人以上、16未満の場合を評価Cとし、14人未満の場合を評価Dとした。
なお、実施例1〜3についてはそれぞれ、あらかじめ、映像に基づいて各変換ユニット(振動領域)に入力される音データを作成しておき、映像信号の再生に合わせてこの音データを各変換ユニットに入力して評価を行った。
結果を表1に示す。
また、実施例1と実施例2との対比から、表示装置において映像が表示される領域の面積に対する、複数の振動領域の総面積の割合が80%以上であるのが好ましいことがわかる。
また、実施例2と実施例3との対比から、複数の振動領域を有する変換ユニットを用いて、振動領域の数を多くすることで、音の解像度を高くでき、より音の立体感を高くできることがわかる。
以上の結果より、本発明の効果は、明らかである。
11a、11c シート状物
11b 積層体
12 圧電体層
14、14a、14b 下部薄膜電極
16、16a、16b 上部薄膜電極
18 下部保護層
20、20a、20b 上部保護層
24 粘弾性マトリックス
26 圧電体粒子
30 コロナ電極
32 直流電源
40、112 電気音響変換ユニット
42 ケース
46 粘弾性支持体
48 押圧部材
60 側面絶縁層
100、110 映像音響システム
102 表示装置
114a、114b 振動領域
Claims (7)
- 常温で粘弾性を示す高分子材料からなる粘弾性マトリックス中に圧電体粒子を分散してなる高分子複合圧電体と、前記高分子複合圧電体の両面それぞれに積層された薄膜電極と、を有する電気音響変換フィルムを備え、前記電気音響変換フィルムを湾曲して支持し、前記電気音響変換フィルムの少なくとも一部を振動領域とする電気音響変換ユニット、および、
映像が投影されるスクリーン、または、映像表示装置である表示装置を含み、
少なくとも1つの前記電気音響変換ユニットが、前記表示装置の映像が表示される面とは反対側の背面に配置され、かつ、複数の前記振動領域が前記表示装置の前記背面の全面に配列されており、
前記電気音響変換ユニットに入力される音データに前記振動領域の位置情報が含まれており、
前記表示装置において映像が表示される領域の面積に対する、複数の前記振動領域の総面積の割合が80%以上であることを特徴とする映像音響システム。 - 前記表示装置に表示される映像に基づいて、前記表示装置の前記背面に配列された複数の前記振動領域から少なくとも1つの前記振動領域を選択して音を発生させる請求項1に記載の映像音響システム。
- 前記振動領域が四角形状である請求項1または2に記載の映像音響システム。
- 前記振動領域を4個以上有する請求項1〜3のいずれか一項に記載の映像音響システム。
- 1つの前記振動領域を有する前記電気音響変換ユニットを複数有し、
複数の前記電気音響変換ユニットが、前記表示装置の前記背面に配列されている請求項1〜4のいずれか一項に記載の映像音響システム。 - 前記電気音響変換フィルムは、前記高分子複合圧電体を挟持する薄膜電極の組を複数有し、複数の振動領域を形成されてなるものである請求項1〜4のいずれか一項に記載の映像音響システム。
- 映画館、ホームシアター、デジタルサイネージ、プロジェクションマッピング、および、フレキシブル有機ELディスプレイのいずれかに用いられる請求項1〜6のいずれか一項に記載の映像音響システム。
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