反射型スクリーン及びそれを用いた投射画像表示システム
【課題】外光の反射によるコントラスト低下を軽減し、ゲインの低下を抑える反射型スクリーンを提供する。
【解決手段】反射型スクリーン１は、樹脂シート２、光吸収層４、光反射層５及び低屈折率層６を備える。樹脂シート２は、透光性を有し、主平面の一方の側にストライプ状の凸部３が周期Ｐの幅で周期的に形成される。低屈折率層６は、主平面の他方の側に配置され、樹脂シート２より０．１５以上低い屈折率を有する。光吸収層４は、凸部３のストライプ形状に平行するように、低屈折率層６と交互に凸部３に対向して配置される。光反射層５は、低屈折率層６を挟んで、低屈折率層６と樹脂シート２との界面と対向して配置され、散乱反射特性を有する。凸部３は、長手方向と直交する断面形状が円弧である。低屈折率層６と樹脂シート２との界面の法線方向が主平面の法線方向に対して傾斜し、一組の光吸収層４及び低屈折率層６は周期Ｐと略同じ幅で配置される。
【解決手段】反射型スクリーン１は、樹脂シート２、光吸収層４、光反射層５及び低屈折率層６を備える。樹脂シート２は、透光性を有し、主平面の一方の側にストライプ状の凸部３が周期Ｐの幅で周期的に形成される。低屈折率層６は、主平面の他方の側に配置され、樹脂シート２より０．１５以上低い屈折率を有する。光吸収層４は、凸部３のストライプ形状に平行するように、低屈折率層６と交互に凸部３に対向して配置される。光反射層５は、低屈折率層６を挟んで、低屈折率層６と樹脂シート２との界面と対向して配置され、散乱反射特性を有する。凸部３は、長手方向と直交する断面形状が円弧である。低屈折率層６と樹脂シート２との界面の法線方向が主平面の法線方向に対して傾斜し、一組の光吸収層４及び低屈折率層６は周期Ｐと略同じ幅で配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ホームシアター、会議システムなどに適用可能な反射型スクリーンに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶プロジェクタ、ＤＭＤ（Digital Micro mirror Device）プロジェクタは、スクリーンに画像を投射拡大し表示することで、６０インチ以上の大画面を実現することができる。表示デバイスの解像度向上、並びに、光源ランプの光束向上に伴い、大画面化、高精細化が進み、ホームシアター、会議システムで主に使用されている。また投射した画像を観察者側に戻すには反射型スクリーンを使用する必要がある。反射型スクリーンは表面に凹凸を有した白色シートを用いるのが一般的である。
【０００３】
ところで、上述したような白色のシートの反射型スクリーンでは投射した画像以外の外光も反射し、観察者側で観察されるようになる。このため、投射した画像に外光反射光が重なり、黒を表示した場合でも灰色となり、コントラストの低下を引き起こす。そこで、コントラストの高い画像を得るためには、外光の要因である天井に設置された蛍光灯を消灯することや、昼間であれば窓にカーテンを掛けることが必要である。
【０００４】
一方、反射型スクリーンが白色シートではなく、凹凸構造と位置合わせをした吸収層を形成することによって、外光を吸収しコントラストを高める反射型スクリーンも提案されている（特許文献１〜２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１−７０２７号公報（図１等）
【特許文献２】国際公開番号ＷＯ２００８／１３９９１４号（図１等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１記載の反射型スクリーンではガラスビーズの裏面に投射光を集光させている。これを実現するにはガラスビーズの屈折率を２以上にする必要がある。このため、高価な材料を使用することになり、コストが掛かるという点が問題となる。
また、特許文献２記載の反射型スクリーンでは拡散層が透光層と接しており、かつ拡散層が光を拡散反射させるため、透光層に反射された光は透光層と空気との屈折率で決まる臨界角以上の光が発生する。透光層の入射面の法線に対し臨界角以上の角度で達した光は、全反射により出射することはできない。つまりエネルギー損失を生じるため、高いゲインを得ることは困難である。
【０００７】
そこで、本発明は、外光の反射によるコントラスト低下を軽減すると共に、ゲインの低下を抑えることが可能な反射型スクリーンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る反射型スクリーンの一態様は、樹脂シート、低屈折層、光吸収層、及び光反射層を備える。樹脂シートは、透光性を有し、主平面の一方の側（表面）にストライプ状の凸部が周期Ｐの幅で周期的に形成される。低屈折率層は、主平面の他方の側（裏面）に配置され、樹脂シートより０．１５以上低い屈折率を有する。光吸収層は、凸部のストライプの形状に平行するように、低屈折率層と交互に凸部に対向して配置される。光反射層は、低屈折率層を挟んで、低屈折率層と樹脂シートとの界面と対向して配置され、散乱反射特性を有する。凸部は、当該凸部の長手方向と直交する断面形状が円弧からなる。低屈折率層と樹脂シートとの界面の法線方向が、主平面の法線方向に対して傾斜している。一組の光吸収層及び低屈折率層は、周期Ｐと略同じ幅で配置される。
光源から発射される投射光は、凸部３に形成される円弧のレンズ機能で集光され、低屈折率層６を通過後、光反射層５で散乱反射される。散乱反射光は再度、低屈折率層６を通過後、樹脂シート２に入射し、円弧のレンズ機能で集光され、効率的に伝播する。これにより、高いゲインを有する画像を得ることができる。
一方、外光は主に上方からスクリーンに入射する。外光の一部は光吸収層に、一部は低屈折率層に入射する。従って、外光の反射によるコントラスト低下を軽減することができる。このため、外光が存在する場合でも高いコントラストの画像を得ることができる。
【０００９】
本発明に係る反射型スクリーンの一態様において、円弧の中心角が１００°以上であることが好ましく、低屈折率層と樹脂シートとの界面の法線方向と、前記主平面の法線方向とのなす角が１５°から３５°の範囲であることが好ましい。
加えて、円弧の半径を長さＲとし、凸部の長手方向に垂直かつ主平面の法線方向に平行する断面上の、前記円弧の中心点と前記低屈折率層の前記界面側の中央との間の距離を、前記主平面の法線方向の長さａと、前記主平面に平行な方向の長さｂとの二つの長さで表す、言い換えると、二次元の平面上の長さで表現すると、
半径の長さＲに対する、長さａの比率（ａ／Ｒ）が−０．２から０．１の範囲であり、
半径の長さＲに対する、長さｂの比率（ｂ／Ｒ）が−０．１から０・３の範囲であることが好ましい。
さらに加えて、低屈折率層が空気層であることが好ましく、周期Ｐと、低屈折率層を主平面の法線方向で主平面へ投影した幅Ｍとの比率Ｍ／Ｐが、０．５から０．８５の範囲であることが好ましい。
また、凸部表面と、低屈折率層と樹脂シートとの界面との少なくとも一方に、アンチグレア処理が施されていることが好ましい。
【００１０】
本発明に係る投射画像表示システムの一態様は、上述したいずれかの反射型スクリーンと、プロジェクタと、を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る反射型スクリーンによれば、プロジェクタからの投射光は効率的に観察者側に反射させることができる。また室内照明などの外光は光吸収層にて吸収されるため高いコントラストを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る反射型スクリーンの概略断面構成図である。
【図２】本発明に係る反射型スクリーンの光吸収層、低屈折率層、及び、光反射層の配置図である。
【図３】低屈折率層がない場合の反射型スクリーン内部での光の挙動の説明図である。
【図４】低屈折率層がある場合の反射型スクリーン内部での光の挙動の説明図である。
【図５】本発明に係る反射型スクリーンの第１の概略断面構成図である。
【図６】本発明に係る反射型スクリーンの第２の概略断面構成図である。
【図７】本発明に係る反射型スクリーンの第３の概略断面構成図である。
【図８Ａ】本発明に係る反射型スクリーンの第４の構成例の製造方法例の第１段階の説明図である。
【図８Ｂ】本発明に係る反射型スクリーンの第４の構成例の製造方法例の第２段階の説明図である。
【図８Ｃ】本発明に係る反射型スクリーンの第４の構成例の製造方法例の第３段階の説明図である。
【図８Ｄ】本発明に係る反射型スクリーンの第４の構成例の製造方法例の最終段階の説明図である。
【図９】本発明に係る投射画像表示システムの構成例を示す図である。
【図１０】実施例２の反射型スクリーンの構成図である。
【図１１】反射光角度及び凸部の構成を説明する、特性計算の説明図である。
【図１２】プロジェクタとスクリーンまでの距離を特定する、特性計算の説明図である。
【図１３Ａ】本発明の実施例６の反射型スクリーンにおける、視野角特性の計算結果（０ｄｅｇ入射、１０ｄｅｇ入射）を示すグラフである。
【図１３Ｂ】本発明の実施例６の反射型スクリーンにおける、視野角特性の計算結果（２０ｄｅｇ入射、３０ｄｅｇ入射）を示すグラフである。
【図１３Ｃ】本発明の実施例６の反射型スクリーンにおける、視野角特性の計算結果（４０ｄｅｇ入射、５０ｄｅｇ入射）を示すグラフである。
【図１４】本発明の実施例１の反射型スクリーンにおける、面内のゲイン分布計算結果を示すグラフである。
【図１５】本発明の実施例２の反射型スクリーンにおける、面内のゲイン分布計算結果を示すグラフである。
【図１６】本発明の実施例３の反射型スクリーンにおける、面内のゲイン分布計算結果を示すグラフである。
【図１７】本発明の実施例４の反射型スクリーンにおける、面内のゲイン分布計算結果を示すグラフである。
【図１８】本発明の実施例５の反射型スクリーンにおける、面内のゲイン分布計算結果を示すグラフである。
【図１９】本発明の実施例６の反射型スクリーンにおける、面内のゲイン分布計算結果を示すグラフである。
【図２０】本発明の比較例１の反射型スクリーンにおける、面内のゲイン分布計算結果を示すグラフである。
【図２１】本発明の比較例２の反射型スクリーンにおける、面内のゲイン分布計算結果を示すグラフである。
【図２２】本発明の比較例３の反射型スクリーンにおける、面内のゲイン分布計算結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。各図面において同一の構成または機能を有する構成要素および相当部分には、同一の符号を付し、その説明は省略する。加えて、反射型スクリーンを構成する各構成要素について、形状が異なるが機能が同じ場合には、同じ符号をつけて説明する。
【００１４】
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る反射型スクリーンを示す概略断面構成図である。図２は、本発明に係る反射型スクリーンの光吸収層、低屈折率層、及び、光反射層の配置図である。
図１に示すように、本実施形態に係る反射型スクリーン１は、透光性を有する樹脂シート２の表面に、周期（ピッチ）Ｐ（Ｐは正の数値）で周期的に配置したストライプ状の凸部３が形成されている。樹脂シート２としては、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、ポリスチレン樹脂（ＰＳ）、メタアクリル−スチレン共重合樹脂、シクロオレフィンポリマー等の透明性に優れた樹脂であれば何れも用いることができる。
【００１５】
以降の説明において、主平面は、反射型スクリーン１の主平面であり、主平面の一方の側は、光源から発射される投射光を反射して映像を映す平面である。また、反射型スクリーン１の表面（若しくは、主平面の表面）は、当該映像を映す側の面であり、樹脂シート２に凸部３が形成される側の面と一致する。一方、反射型スクリーン１の裏面（主平面の裏面）は、主平面の表面と反対側の面であり、光吸収層４及び光反射層５が配置される側の面となる。樹脂シート２の表面は、凸部３形成される側の面である。樹脂シート２の裏面は、凸部３と対向する面であり、光吸収層４及び光反射層５が配置される側である。加えて、「略一致」、「略同じ」等の表現は製造工程で生じる誤差を考慮して「一致」あるいは「同じ」と判断できる範囲を含むことを意味する。
【００１６】
ストライプ状の凸部３の長手方向と直交する面での断面形状は、半径が長さＲ（Ｒは正の数値）の円弧からなっている。ここで、円弧は、円周上の２点から特定される形状の場合に限られない。例えば、円弧の形状は、製造の問題で完全な円の一部ではなくなる場合もある。従って、円弧は、円弧に類似する形状である場合、レンズ機能を実現する曲面を有する場合も含む。
さらに樹脂シート２の凸部３が形成された面と対向する面には光吸収層４と低屈折率層６がそれぞれ幅Ｌ（Ｌは正の数値）および幅Ｍ（Ｍは正の数値）で凸部３と同じ方向にストライプ状に形成されている。さらにこれら一組の光吸収層４及び低屈折率層６は周期Ｐで配置されている。つまり、
Ｌ＋Ｍ＝Ｐ
の関係が成り立つ。
このとき、幅Ｌまたは幅Ｍは、光吸収層４または低屈折率層６を、主平面の法線方向で主平面に投影したときに長さ（幅）である。従って、光吸収層４または低屈折率層６と樹脂シート２との界面に沿った長さと異なる場合もある。例えば、図２に示すように、光吸収層４や低屈折率層６が主平面の法線方向（ｘ方向）に対して垂直でなく、傾斜している場合、光吸収層４あるいは低屈折率層６の界面に沿った長さは、幅Ｌあるいは幅Ｍよりそれぞれ長くなる。
【００１７】
光反射層５が、低屈折率層６の樹脂シート２と対向する面に形成されている。言い換えると、光反射層５は、低屈折率層６を挟んで、低屈折率層６と樹脂シート２との界面と対向して配置されることになる。低屈折率層６を配置する意義を、図３、および図４を用いて説明する。
図３では樹脂シート２に直接光反射層５を形成した場合を示している。この場合、光反射層５で拡散反射した光は樹脂シート２内に様々な角度で伝播する。樹脂シート２と空気の屈折率で決まる臨界角以上の角度で凸部３表面に入射した光は、全反射により空気側に出射することはできない。つまりエネルギーの損失を生じることになるため、ゲインの低下を生じる。図３では、凸部３のストライプの方向と直交する断面における光の反射のみを示しているが、凸部３のストライプの方向と平行な方向でも同様の現象は発生する。また全反射により光が樹脂シート２内を臨界角以上の角度で伝播し、再度出射した場合は、投射された一点が広がって出射するようになるため、解像度の低下を招く。
【００１８】
これに対し、図４に示す構成では、樹脂シート２の裏面に低屈折率層６を形成し、さらに光反射層５を形成している。ここで樹脂シート２の屈折率をｎ１、低屈折率層６の屈折率をｎ２とした場合、屈折率ｎ１は屈折率ｎ２より大きい関係（ｎ１＞ｎ２）となる（ｎ１、ｎ２は正の数値）。図４の構成では、低屈折率層６内であらゆる角度に反射散乱光が生じても、樹脂シート２内部での角度の広がりは、屈折率ｎ１とｎ２で決まる臨界角γ内の円錐角内に限定される。臨界角γは下記式で表すことができる。
γ＝ｓｉｎ−１（ｎ２／ｎ１）
つまり凸部３表面での全反射を低減し、ゲインを向上させ、解像度低下を軽減させることができる。
【００１９】
屈折率ｎ１とｎ２との差は０．１以上であることが好ましく、より好ましくは０．１５以上である。さらに好ましくは低屈折率層６の屈折率ｎ２が１（ｎ２＝１）、つまり低屈折率層６が空気層の場合である。屈折率差が小さいと、臨界角γが大きくなりゲイン向上と解像度低下の軽減との効果が低下する。
【００２０】
さらに図２に示す通り、低屈折率層６と樹脂シート２との界面の法線方向は、反射型スクリーン１の主平面の法線方向と角度αをなしている。角度αにより反射型スクリーン１に対し角度をもって入射してきた投射光は、低屈折率層６と樹脂シート２の界面で全反射する割合を低減して効率的に光反射層５に入射する。
【００２１】
角度αは１０°から４０°の範囲にあることが望ましい。さらに望ましくは１５°から３５°の範囲である。
角度αが１０°より小さくなると投射画像が大画面化した場合、もしくは短焦点型プロジェクタを用いた場合、反射型スクリーン１への入射角度が大きくなる。このため、低屈折率層６と樹脂シート２の界面で全反射が発生し、スクリーン上部でゲインの低下を招く。
逆に、角度αが４０°より大きくなると、反射型スクリーン１に対し垂直に近く角度で入射した光が低屈折率層６の界面で全反射する割合が大きくなるため、スクリーン下部でのゲイン低下を招く。
【００２２】
凸部３を形成する円弧の中心角θは、１００°から１８０°の範囲であることが望ましく、さらに望ましくは１２０°以上である。円弧の中心角θが１２０°以上では、スクリーンに対し斜めに入射するプロジェクタからの投射光の集光効果の低減を抑制できるため、十分なゲインを得ることができる。
【００２３】
さらに、凸部３の幅である周期Ｐに対する低屈折率層６の幅Ｍの比率Ｍ／Ｐは０．５から０．８５の範囲にあることが好適である。さらに望ましくは０．６５から０．７５の範囲である。比率Ｍ／Ｐが０．５より小さくなると光反射層５の占める割合が小さくなるため、入射角度によってはプロジェクタからの投射光が光吸収層４に入射するため、ゲインの低下を招く。逆に、比率Ｍ／Ｐが０．８５より大きくなると、外光が光吸収層４へ入射する割合が低下するため、コントラスト向上効果が小さくなる。
【００２４】
次に、凸部３と、低屈折率層６との位置関係を図２を参照して検討する。凸部３の位置として、凸部３を形成する円弧の中心点を用いる。低屈折率層６の位置として、低屈折率層６と樹脂シート２との界面側における低屈折率層６の中央を用いる。
凸部３を形成する円弧の中心点を原点として、反射型スクリーン１の主平面の法線の凸部３方向をｘ軸、反射型スクリーン１と平行かつストライプ状の凸部３の長手方向及びｘ軸と直交する方向をｙ軸とする２次元の座標を設定する。
円弧の半径を長さＲ、凸部３の長手方向に垂直かつ主平面の法線方向に平行する断面における低屈折率層６の中央の座標（中心座標）を（ａ，ｂ）（ａ，ｂは、長さであり、正の数値）とする。
【００２５】
半径の長さＲに対する、長さａの比率ａ／Ｒ、及び、半径の長さＲに対する、長さｂの比率ｂ／Ｒが、
−０．２≦ａ／Ｒ≦０．１
−０．１≦ｂ／Ｒ≦０．３
であることが好ましい。さらに好ましくは、
−０．１≦ａ／Ｒ≦０．０５
−０．０５≦ｂ／Ｒ≦０．２
である。
【００２６】
ここで、凸部３の長手方向に垂直かつ主平面の法線方向に平行する断面上において、円弧の中心点と低屈折率層７の界面側の中央との距離を、長さａでは主平面の法線方向の長さで表し、長さｂでは主平面に平行な方向の長さで表したものとなる。
加えて、円弧とは製造の問題で完全な円の一部ではなくなる場合もあるが、円弧の中心点とは、凸部３の裾部両端および頂部の３点で決まる円を想定した場合の円の中心点を意味する。
【００２７】
比率ａ／Ｒが−０．２より小さい（ａ／Ｒ＜−０．２）と、低屈折率層６と樹脂シート２との界面と凸部３との距離が離れてしまうため、反射光が隣接する凸部３へ入射し、ゲインの低下や解像度の低下を招く。また比率ａ／Ｒが０．１より大きい（０．１＜ａ／Ｒ）と、投射光が十分集光されていないため、光吸収層４に入射し損失となる。
比率ｂ／Ｒが−０．１より小さい（ｂ／Ｒ＜−０．１）もしくは比率ｂ／Ｒが０．３以上（ｂ／Ｒ≦０．３）であると、光反射層５に入射しない投射光が発生するため、ゲインの低下を招く。
【００２８】
次に、反射型スクリーン１の製造方法を説明する。
例えば、図５に示す反射型スクリーン１ａは、樹脂シート２の表面にストライプ状の凸部３を周期Ｐの幅（長さ）で周期的に形成する。樹脂シート２の裏面（ストライプ状の凸部３と対向する面）に、断面が略鋸歯状の凹凸を形成する。光吸収層４は、樹脂シート２の裏面に黒色顔料を含んだインクを印刷等して得ることができる。その後、樹脂シート２の光吸収層４を形成した面に発泡ＰＥＴなどの光反射層５を貼り合せることで、インク厚みの空気層からなる低屈折率層６を有する反射型スクリーン１ａを得ることができる。
【００２９】
図６に示す反射型スクリーン１ｂは、透明な樹脂シート２の表面にストライプ状の凸部３を周期Ｐの幅で周期的に形成する。樹脂シート２の裏面（ストライプ状の凸部３と対向する面）に低屈折率層６を構成する、断面が略鋸歯状の凹部を形成する。光吸収層４は、樹脂シート２の裏面に黒色顔料を含んだインクを印刷等することで得ることができる。その後、樹脂シート２の光吸収層４を形成した面に発泡ＰＥＴなどの光反射層５を透明接着層７で接着させることによって、空気層からなる低屈折率層６を有する反射型スクリーン１ｂを得ることができる。透明接着層７は透明性を有していれば粘着剤でも使用可能である。
【００３０】
また同様に、図７に示す反射型スクリーン１ｃは、先ず透明な樹脂シート２の表面にストライプ状の凸部３、その対向する面に低屈折率層６を構成する、断面が略鋸歯状の凹部を形成する。一方で、発泡ＰＥＴ等の光拡散性を有するシート（光反射層５）の表面に周期Ｐで所定幅の黒色インクを印刷することで光吸収層４を形成する。これらのシートを位置合わせして、透明接着層７で接着させることによって、低屈折率層６が空気からなる図７に示す反射型スクリーン１を得ることができる。透明接着層７は透明性を有していれば粘着剤でも使用可能である。
【００３１】
さらに、図８Ａで示すように、先ず透明な樹脂シート２の片面にストライプ状の凸部３、その対向する面に低屈折率層６を構成する、断面が略鋸歯状の凹部を形成する。次に、図８Ｂのように、スクリーン印刷等で、平坦面に黒色インクを印刷することによって光吸収層４を形成する。図８Ｃのように、鋸歯状の凹部を埋めるように硬化後の屈折率がｎ２となる透明接着剤をコートする。最後に図８Ｄで示す通り、発泡ＰＥＴなどの光反射層５を樹脂シート２に貼り合せることによって、反射型スクリーン１ｄを得ることができる。
【００３２】
プロジェクタで投射される画像は複数の画素から構成されているため、スクリーン上に投射された縦方向の画素サイズが周期Ｐに近いとモアレが発生し、画質の低下を招く。このため、周期Ｐはスクリーン上に投射された縦方向の画素サイズの１／２以下が好適であり、さらに１／３以下がより好適である。
【００３３】
表１に、投射画像の対角寸法と解像度を想定した場合の、スクリーン上での画素サイズを示す。表２に、解像度の定義を示す。この結果から縦方向の画素サイズは大凡１ｍｍ程度を考えればよい。表１、２において、ＳＶＧＡ（Super Video Graphics Array）、ＸＧＡ（eXtended Graphics Array）、ＷＸＧＡ（Wide XGA）は解像度を示す。
【００３４】
【表１】
【表２】
【００３５】
一方で、周期Ｐが小さい場合にはシート表裏の構造の成形、凸部３と裏面の光吸収層４や光反射層５の位置合わせが困難になる。また光吸収層４の厚みが薄くなるため、光吸収効果が小さくなりコントラスト向上の効果が小さくなる。このため、周期Ｐはある値以上であることが好ましい。
【００３６】
凸部３の周期Ｐは０．１から０．５ｍｍの範囲であることが望ましい。さらに望ましくは０．１５ｍｍから０．３ｍｍの範囲である。
【００３７】
加えて、凸部３の表面には微小な表面凹凸からなるアンチグレア処理を施すことが好ましい。凸部３の表面で鏡面反射が発生すると、プロジェクタからの投射光がホットバンドとして発生し、画質の低下を発生させる。さらに液晶パネルを用いたプロジェクタで色によってその偏光方向が異なる場合には、凸部３で界面反射があるとＰ波、Ｓ波で反射率が異なるため、反射画像に着色現象が発生し、画質の低下を招く。このためにも鏡面反射成分を低減させるアンチグレア処理が望ましい。
【００３８】
図９に本発明に係る投射画像表示システムの構成例を示す。説明のため、図９では投射画像表示システム１０に加え、観察者３１も示す。図９に示す通り、本発明の反射型スクリーンの表面側の前方にプロジェクタ３０を配置することで、高いゲインの画像を高コントラストで得ることができる。
【００３９】
以上説明した通り、本実施形態の反射型スクリーンの一態様では、透光性を有する樹脂シート（例えば、ＰＭＭＡなど）２の表面に、周期Ｐで周期的に配置された複数のストライプ状の凸部３を形成する。樹脂シート２の凸部３が形成された面と対向する面には光吸収層４と低屈折率層６が形成される。さらに、これらの光吸収層４と低屈折率層６は周期Ｐで配置されている。また低屈折率層と樹脂シートとの界面の法線方向が、反射型スクリーンの主平面に対して傾斜している。
ストライプ状の凸部３の長手方向と直交する方向での断面形状は略円弧からなっている。低屈折率層の樹脂シートと対向する側には光反射層５が形成されている。
【００４０】
このような構成により、プロジェクタ３０からの投射光は凸部３で集光され、低屈折率層６を通過後、光反射層５で散乱反射される。散乱反射光は再度、低屈折率層６を通過後、樹脂シート２に入射し、円弧のレンズ機能で集光され、観察者３１側へ効率的に伝播する。これにより観察者は高いゲインを有する画像を得ることができる。
一方、室内照明等の外光は主に上方からスクリーンに入射する。外光の一部は光吸収層４に、一部は低屈折率層６に入射する。従って、外光の反射による、一般に白浮きと呼ばれるコントラスト低下を軽減することができる。このため、観察環境に外光が存在する場合でも高いコントラストの画像を得ることができる。
【実施例】
【００４１】
次に、本発明の反射型スクリーンを評価するために、反射型スクリーン光線追跡法によるシュミレーションソフトＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓ（Optical Research Associates社）を用いて、以下に示すような実施例１、比較例の視野角特性、吸収特性の評価を行った。以下の実施例、比較例では樹脂シートの屈折率は１．５を用いた。本発明の実施例および比較例の構成パラメータを表３に示す。
【００４２】
【表３】
表３中、構成Ｉは、図１に示す反射型スクリーン１の構成を用い、構成ＩＩは、図１０に示す反射型スクリーン１ｅの構成を用いた。
【００４３】
図１１に示す通り反射型スクリーンへスクリーン法線方向に対し、プロジェクタ３０からの投射光が角度０ｄｅｇから５０ｄｅｇの範囲で入射した光の各入射点での反射光角度分布を計算した。観察者３１はプロジェクタ３０側にいるので、観察者が反射型スクリーンを見上げる場合にはプラス方向の角度となり、スクリーンを覗き込む場合にはマイナス方向の角度となる。図１２に、プロジェクタとスクリーンまでの距離を特定する、特性計算の説明図を示す。プロジェクタ３０から反射型スクリーン１までの距離を１０００ｍｍ、プロジェクタ３０から観察者３１までの後方の距離が１０００ｍｍ、プロジェクタ３０から観察者３１までの上方の距離が５００ｍｍであることを前提とする。
計算は、凸部３の表面での鏡面反射成分を削除し、完全拡散面（反射率１００％のランバート反射面）に対する輝度の比率であるゲイン（ＧＡＩＮ）を算出した。
【００４４】
図１３Ａ〜１３Ｃに実施例６の構成の反射型スクリーンの視野角特性の計算結果を示す。本実施例ではスクリーンで再帰的に反射しており、プロジェクタ３０側へ効率的に光を反射している。
【００４５】
［実施例１］
実施例１では、表３に記載の通りの反射型スクリーンを用い、図１２に示す、プロジェクタ３０からスクリーンまでの距離を１０００ｍｍ、プロジェクタ後方１０００ｍｍ、上方５００ｍｍに観察点を想定して、反射型スクリーンの面内のゲイン分布を計算した。
この実施例１に対する結果を図１４に示す。ここでスクリーン高さの原点（高さ０ｍｍ）は、プロジェクタ３０から反射型スクリーン１に垂直に入射した点としている。本結果が示す通り、面内で高いゲインの反射型スクリーンを得ることができる。
【００４６】
［実施例２］
実施例２では、図１０に示す反射型スクリーン１ｅの構成を用い、中心角θを１８０°とし、比率Ｍ／Ｐを０．７０として、図１２に示す配置でのゲインの分布を求めた。図１５にその結果を示す。本結果が示す通り、面内で高いゲインの反射型スクリーンを得ることができる。
【００４７】
［実施例３］
実施例３では、角度αを３０°とする以外は実施例１と同じ構成で、図１２に示す配置でのゲインの分布を求めた。図１６にその結果を示す。本結果が示す通り、面内で高いゲインの反射型スクリーンを得ることができる。
【００４８】
［実施例４］
実施例４では、比率ａ／Ｒを−０．２、比率ｂ／Ｒを０．２とする以外は実施例１と同じ構成で、図１２に示す配置でのゲインの分布を求めた。図１７にその結果を示す。本結果が示す通り、面内で高いゲインの反射型スクリーンを得ることができる。
【００４９】
［実施例５］
実施例５では、比率Ｍ／Ｒを０．９８、比率Ｍ／Ｐを０．５７とする以外は実施例１と同じ構成で、図１２に示す配置でのゲインの分布を求めた。図１８にその結果を示す。本結果が示す通り、面内で高いゲインの反射型スクリーンを得ることができる。
【００５０】
［実施例６］
実施例６では、中心角θを１００°とする以外は実施例１と同じ構成で、図１２に示す配置でのゲインの分布を求めた。図１９にその結果を示す。本結果が示す通り、面内で高いゲインの反射型スクリーンを得ることができる。図１９に示す結果から、中心角θが１００°以上であることが好ましく、１２０°以上がより好ましいといえる。
【００５１】
［比較例１］
比較例１では、低屈折率層６の屈折率を樹脂シートの屈折率と同じとした。つまり低屈折率層がない場合である。他のパラメータは実施例１と同じとした構成で、図１２に示す配置でのゲインの分布を求めた。図２０にその結果を示す。
【００５２】
［比較例２］
比較例２では、低屈折率層６の屈折率を１．４とし、他のパラメータは実施例１と同じとした構成で、図１２に示す配置でのゲインの分布を求めた。図２１にその結果を示す。図２１に示す結果から、低屈折率層６と樹脂シート２との屈折率差は、０．１より大きくする必要があることがわかる。
【００５３】
［比較例３］
比較例３では、比率ａ／Ｒを−０．４、比率ｂ／Ｒを０．４とし、他のパラメータは実施例１と同じとした構成で、図１２に示す配置でのゲインの分布を求めた。図２２にその結果を示す。
【００５４】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の反射型スクリーンを用いることで、大画面の映像を表示可能なホームシアター、会議システム、広告用表示システム等を実現することが可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１、１ａ〜１ｅ 本発明の反射型スクリーン
２ 樹脂シート
３ 凸部
４ 光吸収層
５ 光反射層
６ 低屈折率層
７ 透明接着層
１０ 投射画像表示システム
３０ プロジェクタ
３１ 観察者
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ホームシアター、会議システムなどに適用可能な反射型スクリーンに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶プロジェクタ、ＤＭＤ（Digital Micro mirror Device）プロジェクタは、スクリーンに画像を投射拡大し表示することで、６０インチ以上の大画面を実現することができる。表示デバイスの解像度向上、並びに、光源ランプの光束向上に伴い、大画面化、高精細化が進み、ホームシアター、会議システムで主に使用されている。また投射した画像を観察者側に戻すには反射型スクリーンを使用する必要がある。反射型スクリーンは表面に凹凸を有した白色シートを用いるのが一般的である。
【０００３】
ところで、上述したような白色のシートの反射型スクリーンでは投射した画像以外の外光も反射し、観察者側で観察されるようになる。このため、投射した画像に外光反射光が重なり、黒を表示した場合でも灰色となり、コントラストの低下を引き起こす。そこで、コントラストの高い画像を得るためには、外光の要因である天井に設置された蛍光灯を消灯することや、昼間であれば窓にカーテンを掛けることが必要である。
【０００４】
一方、反射型スクリーンが白色シートではなく、凹凸構造と位置合わせをした吸収層を形成することによって、外光を吸収しコントラストを高める反射型スクリーンも提案されている（特許文献１〜２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１−７０２７号公報（図１等）
【特許文献２】国際公開番号ＷＯ２００８／１３９９１４号（図１等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１記載の反射型スクリーンではガラスビーズの裏面に投射光を集光させている。これを実現するにはガラスビーズの屈折率を２以上にする必要がある。このため、高価な材料を使用することになり、コストが掛かるという点が問題となる。
また、特許文献２記載の反射型スクリーンでは拡散層が透光層と接しており、かつ拡散層が光を拡散反射させるため、透光層に反射された光は透光層と空気との屈折率で決まる臨界角以上の光が発生する。透光層の入射面の法線に対し臨界角以上の角度で達した光は、全反射により出射することはできない。つまりエネルギー損失を生じるため、高いゲインを得ることは困難である。
【０００７】
そこで、本発明は、外光の反射によるコントラスト低下を軽減すると共に、ゲインの低下を抑えることが可能な反射型スクリーンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る反射型スクリーンの一態様は、樹脂シート、低屈折層、光吸収層、及び光反射層を備える。樹脂シートは、透光性を有し、主平面の一方の側（表面）にストライプ状の凸部が周期Ｐの幅で周期的に形成される。低屈折率層は、主平面の他方の側（裏面）に配置され、樹脂シートより０．１５以上低い屈折率を有する。光吸収層は、凸部のストライプの形状に平行するように、低屈折率層と交互に凸部に対向して配置される。光反射層は、低屈折率層を挟んで、低屈折率層と樹脂シートとの界面と対向して配置され、散乱反射特性を有する。凸部は、当該凸部の長手方向と直交する断面形状が円弧からなる。低屈折率層と樹脂シートとの界面の法線方向が、主平面の法線方向に対して傾斜している。一組の光吸収層及び低屈折率層は、周期Ｐと略同じ幅で配置される。
光源から発射される投射光は、凸部３に形成される円弧のレンズ機能で集光され、低屈折率層６を通過後、光反射層５で散乱反射される。散乱反射光は再度、低屈折率層６を通過後、樹脂シート２に入射し、円弧のレンズ機能で集光され、効率的に伝播する。これにより、高いゲインを有する画像を得ることができる。
一方、外光は主に上方からスクリーンに入射する。外光の一部は光吸収層に、一部は低屈折率層に入射する。従って、外光の反射によるコントラスト低下を軽減することができる。このため、外光が存在する場合でも高いコントラストの画像を得ることができる。
【０００９】
本発明に係る反射型スクリーンの一態様において、円弧の中心角が１００°以上であることが好ましく、低屈折率層と樹脂シートとの界面の法線方向と、前記主平面の法線方向とのなす角が１５°から３５°の範囲であることが好ましい。
加えて、円弧の半径を長さＲとし、凸部の長手方向に垂直かつ主平面の法線方向に平行する断面上の、前記円弧の中心点と前記低屈折率層の前記界面側の中央との間の距離を、前記主平面の法線方向の長さａと、前記主平面に平行な方向の長さｂとの二つの長さで表す、言い換えると、二次元の平面上の長さで表現すると、
半径の長さＲに対する、長さａの比率（ａ／Ｒ）が−０．２から０．１の範囲であり、
半径の長さＲに対する、長さｂの比率（ｂ／Ｒ）が−０．１から０・３の範囲であることが好ましい。
さらに加えて、低屈折率層が空気層であることが好ましく、周期Ｐと、低屈折率層を主平面の法線方向で主平面へ投影した幅Ｍとの比率Ｍ／Ｐが、０．５から０．８５の範囲であることが好ましい。
また、凸部表面と、低屈折率層と樹脂シートとの界面との少なくとも一方に、アンチグレア処理が施されていることが好ましい。
【００１０】
本発明に係る投射画像表示システムの一態様は、上述したいずれかの反射型スクリーンと、プロジェクタと、を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る反射型スクリーンによれば、プロジェクタからの投射光は効率的に観察者側に反射させることができる。また室内照明などの外光は光吸収層にて吸収されるため高いコントラストを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る反射型スクリーンの概略断面構成図である。
【図２】本発明に係る反射型スクリーンの光吸収層、低屈折率層、及び、光反射層の配置図である。
【図３】低屈折率層がない場合の反射型スクリーン内部での光の挙動の説明図である。
【図４】低屈折率層がある場合の反射型スクリーン内部での光の挙動の説明図である。
【図５】本発明に係る反射型スクリーンの第１の概略断面構成図である。
【図６】本発明に係る反射型スクリーンの第２の概略断面構成図である。
【図７】本発明に係る反射型スクリーンの第３の概略断面構成図である。
【図８Ａ】本発明に係る反射型スクリーンの第４の構成例の製造方法例の第１段階の説明図である。
【図８Ｂ】本発明に係る反射型スクリーンの第４の構成例の製造方法例の第２段階の説明図である。
【図８Ｃ】本発明に係る反射型スクリーンの第４の構成例の製造方法例の第３段階の説明図である。
【図８Ｄ】本発明に係る反射型スクリーンの第４の構成例の製造方法例の最終段階の説明図である。
【図９】本発明に係る投射画像表示システムの構成例を示す図である。
【図１０】実施例２の反射型スクリーンの構成図である。
【図１１】反射光角度及び凸部の構成を説明する、特性計算の説明図である。
【図１２】プロジェクタとスクリーンまでの距離を特定する、特性計算の説明図である。
【図１３Ａ】本発明の実施例６の反射型スクリーンにおける、視野角特性の計算結果（０ｄｅｇ入射、１０ｄｅｇ入射）を示すグラフである。
【図１３Ｂ】本発明の実施例６の反射型スクリーンにおける、視野角特性の計算結果（２０ｄｅｇ入射、３０ｄｅｇ入射）を示すグラフである。
【図１３Ｃ】本発明の実施例６の反射型スクリーンにおける、視野角特性の計算結果（４０ｄｅｇ入射、５０ｄｅｇ入射）を示すグラフである。
【図１４】本発明の実施例１の反射型スクリーンにおける、面内のゲイン分布計算結果を示すグラフである。
【図１５】本発明の実施例２の反射型スクリーンにおける、面内のゲイン分布計算結果を示すグラフである。
【図１６】本発明の実施例３の反射型スクリーンにおける、面内のゲイン分布計算結果を示すグラフである。
【図１７】本発明の実施例４の反射型スクリーンにおける、面内のゲイン分布計算結果を示すグラフである。
【図１８】本発明の実施例５の反射型スクリーンにおける、面内のゲイン分布計算結果を示すグラフである。
【図１９】本発明の実施例６の反射型スクリーンにおける、面内のゲイン分布計算結果を示すグラフである。
【図２０】本発明の比較例１の反射型スクリーンにおける、面内のゲイン分布計算結果を示すグラフである。
【図２１】本発明の比較例２の反射型スクリーンにおける、面内のゲイン分布計算結果を示すグラフである。
【図２２】本発明の比較例３の反射型スクリーンにおける、面内のゲイン分布計算結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。各図面において同一の構成または機能を有する構成要素および相当部分には、同一の符号を付し、その説明は省略する。加えて、反射型スクリーンを構成する各構成要素について、形状が異なるが機能が同じ場合には、同じ符号をつけて説明する。
【００１４】
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る反射型スクリーンを示す概略断面構成図である。図２は、本発明に係る反射型スクリーンの光吸収層、低屈折率層、及び、光反射層の配置図である。
図１に示すように、本実施形態に係る反射型スクリーン１は、透光性を有する樹脂シート２の表面に、周期（ピッチ）Ｐ（Ｐは正の数値）で周期的に配置したストライプ状の凸部３が形成されている。樹脂シート２としては、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、ポリスチレン樹脂（ＰＳ）、メタアクリル−スチレン共重合樹脂、シクロオレフィンポリマー等の透明性に優れた樹脂であれば何れも用いることができる。
【００１５】
以降の説明において、主平面は、反射型スクリーン１の主平面であり、主平面の一方の側は、光源から発射される投射光を反射して映像を映す平面である。また、反射型スクリーン１の表面（若しくは、主平面の表面）は、当該映像を映す側の面であり、樹脂シート２に凸部３が形成される側の面と一致する。一方、反射型スクリーン１の裏面（主平面の裏面）は、主平面の表面と反対側の面であり、光吸収層４及び光反射層５が配置される側の面となる。樹脂シート２の表面は、凸部３形成される側の面である。樹脂シート２の裏面は、凸部３と対向する面であり、光吸収層４及び光反射層５が配置される側である。加えて、「略一致」、「略同じ」等の表現は製造工程で生じる誤差を考慮して「一致」あるいは「同じ」と判断できる範囲を含むことを意味する。
【００１６】
ストライプ状の凸部３の長手方向と直交する面での断面形状は、半径が長さＲ（Ｒは正の数値）の円弧からなっている。ここで、円弧は、円周上の２点から特定される形状の場合に限られない。例えば、円弧の形状は、製造の問題で完全な円の一部ではなくなる場合もある。従って、円弧は、円弧に類似する形状である場合、レンズ機能を実現する曲面を有する場合も含む。
さらに樹脂シート２の凸部３が形成された面と対向する面には光吸収層４と低屈折率層６がそれぞれ幅Ｌ（Ｌは正の数値）および幅Ｍ（Ｍは正の数値）で凸部３と同じ方向にストライプ状に形成されている。さらにこれら一組の光吸収層４及び低屈折率層６は周期Ｐで配置されている。つまり、
Ｌ＋Ｍ＝Ｐ
の関係が成り立つ。
このとき、幅Ｌまたは幅Ｍは、光吸収層４または低屈折率層６を、主平面の法線方向で主平面に投影したときに長さ（幅）である。従って、光吸収層４または低屈折率層６と樹脂シート２との界面に沿った長さと異なる場合もある。例えば、図２に示すように、光吸収層４や低屈折率層６が主平面の法線方向（ｘ方向）に対して垂直でなく、傾斜している場合、光吸収層４あるいは低屈折率層６の界面に沿った長さは、幅Ｌあるいは幅Ｍよりそれぞれ長くなる。
【００１７】
光反射層５が、低屈折率層６の樹脂シート２と対向する面に形成されている。言い換えると、光反射層５は、低屈折率層６を挟んで、低屈折率層６と樹脂シート２との界面と対向して配置されることになる。低屈折率層６を配置する意義を、図３、および図４を用いて説明する。
図３では樹脂シート２に直接光反射層５を形成した場合を示している。この場合、光反射層５で拡散反射した光は樹脂シート２内に様々な角度で伝播する。樹脂シート２と空気の屈折率で決まる臨界角以上の角度で凸部３表面に入射した光は、全反射により空気側に出射することはできない。つまりエネルギーの損失を生じることになるため、ゲインの低下を生じる。図３では、凸部３のストライプの方向と直交する断面における光の反射のみを示しているが、凸部３のストライプの方向と平行な方向でも同様の現象は発生する。また全反射により光が樹脂シート２内を臨界角以上の角度で伝播し、再度出射した場合は、投射された一点が広がって出射するようになるため、解像度の低下を招く。
【００１８】
これに対し、図４に示す構成では、樹脂シート２の裏面に低屈折率層６を形成し、さらに光反射層５を形成している。ここで樹脂シート２の屈折率をｎ１、低屈折率層６の屈折率をｎ２とした場合、屈折率ｎ１は屈折率ｎ２より大きい関係（ｎ１＞ｎ２）となる（ｎ１、ｎ２は正の数値）。図４の構成では、低屈折率層６内であらゆる角度に反射散乱光が生じても、樹脂シート２内部での角度の広がりは、屈折率ｎ１とｎ２で決まる臨界角γ内の円錐角内に限定される。臨界角γは下記式で表すことができる。
γ＝ｓｉｎ−１（ｎ２／ｎ１）
つまり凸部３表面での全反射を低減し、ゲインを向上させ、解像度低下を軽減させることができる。
【００１９】
屈折率ｎ１とｎ２との差は０．１以上であることが好ましく、より好ましくは０．１５以上である。さらに好ましくは低屈折率層６の屈折率ｎ２が１（ｎ２＝１）、つまり低屈折率層６が空気層の場合である。屈折率差が小さいと、臨界角γが大きくなりゲイン向上と解像度低下の軽減との効果が低下する。
【００２０】
さらに図２に示す通り、低屈折率層６と樹脂シート２との界面の法線方向は、反射型スクリーン１の主平面の法線方向と角度αをなしている。角度αにより反射型スクリーン１に対し角度をもって入射してきた投射光は、低屈折率層６と樹脂シート２の界面で全反射する割合を低減して効率的に光反射層５に入射する。
【００２１】
角度αは１０°から４０°の範囲にあることが望ましい。さらに望ましくは１５°から３５°の範囲である。
角度αが１０°より小さくなると投射画像が大画面化した場合、もしくは短焦点型プロジェクタを用いた場合、反射型スクリーン１への入射角度が大きくなる。このため、低屈折率層６と樹脂シート２の界面で全反射が発生し、スクリーン上部でゲインの低下を招く。
逆に、角度αが４０°より大きくなると、反射型スクリーン１に対し垂直に近く角度で入射した光が低屈折率層６の界面で全反射する割合が大きくなるため、スクリーン下部でのゲイン低下を招く。
【００２２】
凸部３を形成する円弧の中心角θは、１００°から１８０°の範囲であることが望ましく、さらに望ましくは１２０°以上である。円弧の中心角θが１２０°以上では、スクリーンに対し斜めに入射するプロジェクタからの投射光の集光効果の低減を抑制できるため、十分なゲインを得ることができる。
【００２３】
さらに、凸部３の幅である周期Ｐに対する低屈折率層６の幅Ｍの比率Ｍ／Ｐは０．５から０．８５の範囲にあることが好適である。さらに望ましくは０．６５から０．７５の範囲である。比率Ｍ／Ｐが０．５より小さくなると光反射層５の占める割合が小さくなるため、入射角度によってはプロジェクタからの投射光が光吸収層４に入射するため、ゲインの低下を招く。逆に、比率Ｍ／Ｐが０．８５より大きくなると、外光が光吸収層４へ入射する割合が低下するため、コントラスト向上効果が小さくなる。
【００２４】
次に、凸部３と、低屈折率層６との位置関係を図２を参照して検討する。凸部３の位置として、凸部３を形成する円弧の中心点を用いる。低屈折率層６の位置として、低屈折率層６と樹脂シート２との界面側における低屈折率層６の中央を用いる。
凸部３を形成する円弧の中心点を原点として、反射型スクリーン１の主平面の法線の凸部３方向をｘ軸、反射型スクリーン１と平行かつストライプ状の凸部３の長手方向及びｘ軸と直交する方向をｙ軸とする２次元の座標を設定する。
円弧の半径を長さＲ、凸部３の長手方向に垂直かつ主平面の法線方向に平行する断面における低屈折率層６の中央の座標（中心座標）を（ａ，ｂ）（ａ，ｂは、長さであり、正の数値）とする。
【００２５】
半径の長さＲに対する、長さａの比率ａ／Ｒ、及び、半径の長さＲに対する、長さｂの比率ｂ／Ｒが、
−０．２≦ａ／Ｒ≦０．１
−０．１≦ｂ／Ｒ≦０．３
であることが好ましい。さらに好ましくは、
−０．１≦ａ／Ｒ≦０．０５
−０．０５≦ｂ／Ｒ≦０．２
である。
【００２６】
ここで、凸部３の長手方向に垂直かつ主平面の法線方向に平行する断面上において、円弧の中心点と低屈折率層７の界面側の中央との距離を、長さａでは主平面の法線方向の長さで表し、長さｂでは主平面に平行な方向の長さで表したものとなる。
加えて、円弧とは製造の問題で完全な円の一部ではなくなる場合もあるが、円弧の中心点とは、凸部３の裾部両端および頂部の３点で決まる円を想定した場合の円の中心点を意味する。
【００２７】
比率ａ／Ｒが−０．２より小さい（ａ／Ｒ＜−０．２）と、低屈折率層６と樹脂シート２との界面と凸部３との距離が離れてしまうため、反射光が隣接する凸部３へ入射し、ゲインの低下や解像度の低下を招く。また比率ａ／Ｒが０．１より大きい（０．１＜ａ／Ｒ）と、投射光が十分集光されていないため、光吸収層４に入射し損失となる。
比率ｂ／Ｒが−０．１より小さい（ｂ／Ｒ＜−０．１）もしくは比率ｂ／Ｒが０．３以上（ｂ／Ｒ≦０．３）であると、光反射層５に入射しない投射光が発生するため、ゲインの低下を招く。
【００２８】
次に、反射型スクリーン１の製造方法を説明する。
例えば、図５に示す反射型スクリーン１ａは、樹脂シート２の表面にストライプ状の凸部３を周期Ｐの幅（長さ）で周期的に形成する。樹脂シート２の裏面（ストライプ状の凸部３と対向する面）に、断面が略鋸歯状の凹凸を形成する。光吸収層４は、樹脂シート２の裏面に黒色顔料を含んだインクを印刷等して得ることができる。その後、樹脂シート２の光吸収層４を形成した面に発泡ＰＥＴなどの光反射層５を貼り合せることで、インク厚みの空気層からなる低屈折率層６を有する反射型スクリーン１ａを得ることができる。
【００２９】
図６に示す反射型スクリーン１ｂは、透明な樹脂シート２の表面にストライプ状の凸部３を周期Ｐの幅で周期的に形成する。樹脂シート２の裏面（ストライプ状の凸部３と対向する面）に低屈折率層６を構成する、断面が略鋸歯状の凹部を形成する。光吸収層４は、樹脂シート２の裏面に黒色顔料を含んだインクを印刷等することで得ることができる。その後、樹脂シート２の光吸収層４を形成した面に発泡ＰＥＴなどの光反射層５を透明接着層７で接着させることによって、空気層からなる低屈折率層６を有する反射型スクリーン１ｂを得ることができる。透明接着層７は透明性を有していれば粘着剤でも使用可能である。
【００３０】
また同様に、図７に示す反射型スクリーン１ｃは、先ず透明な樹脂シート２の表面にストライプ状の凸部３、その対向する面に低屈折率層６を構成する、断面が略鋸歯状の凹部を形成する。一方で、発泡ＰＥＴ等の光拡散性を有するシート（光反射層５）の表面に周期Ｐで所定幅の黒色インクを印刷することで光吸収層４を形成する。これらのシートを位置合わせして、透明接着層７で接着させることによって、低屈折率層６が空気からなる図７に示す反射型スクリーン１を得ることができる。透明接着層７は透明性を有していれば粘着剤でも使用可能である。
【００３１】
さらに、図８Ａで示すように、先ず透明な樹脂シート２の片面にストライプ状の凸部３、その対向する面に低屈折率層６を構成する、断面が略鋸歯状の凹部を形成する。次に、図８Ｂのように、スクリーン印刷等で、平坦面に黒色インクを印刷することによって光吸収層４を形成する。図８Ｃのように、鋸歯状の凹部を埋めるように硬化後の屈折率がｎ２となる透明接着剤をコートする。最後に図８Ｄで示す通り、発泡ＰＥＴなどの光反射層５を樹脂シート２に貼り合せることによって、反射型スクリーン１ｄを得ることができる。
【００３２】
プロジェクタで投射される画像は複数の画素から構成されているため、スクリーン上に投射された縦方向の画素サイズが周期Ｐに近いとモアレが発生し、画質の低下を招く。このため、周期Ｐはスクリーン上に投射された縦方向の画素サイズの１／２以下が好適であり、さらに１／３以下がより好適である。
【００３３】
表１に、投射画像の対角寸法と解像度を想定した場合の、スクリーン上での画素サイズを示す。表２に、解像度の定義を示す。この結果から縦方向の画素サイズは大凡１ｍｍ程度を考えればよい。表１、２において、ＳＶＧＡ（Super Video Graphics Array）、ＸＧＡ（eXtended Graphics Array）、ＷＸＧＡ（Wide XGA）は解像度を示す。
【００３４】
【表１】
【表２】
【００３５】
一方で、周期Ｐが小さい場合にはシート表裏の構造の成形、凸部３と裏面の光吸収層４や光反射層５の位置合わせが困難になる。また光吸収層４の厚みが薄くなるため、光吸収効果が小さくなりコントラスト向上の効果が小さくなる。このため、周期Ｐはある値以上であることが好ましい。
【００３６】
凸部３の周期Ｐは０．１から０．５ｍｍの範囲であることが望ましい。さらに望ましくは０．１５ｍｍから０．３ｍｍの範囲である。
【００３７】
加えて、凸部３の表面には微小な表面凹凸からなるアンチグレア処理を施すことが好ましい。凸部３の表面で鏡面反射が発生すると、プロジェクタからの投射光がホットバンドとして発生し、画質の低下を発生させる。さらに液晶パネルを用いたプロジェクタで色によってその偏光方向が異なる場合には、凸部３で界面反射があるとＰ波、Ｓ波で反射率が異なるため、反射画像に着色現象が発生し、画質の低下を招く。このためにも鏡面反射成分を低減させるアンチグレア処理が望ましい。
【００３８】
図９に本発明に係る投射画像表示システムの構成例を示す。説明のため、図９では投射画像表示システム１０に加え、観察者３１も示す。図９に示す通り、本発明の反射型スクリーンの表面側の前方にプロジェクタ３０を配置することで、高いゲインの画像を高コントラストで得ることができる。
【００３９】
以上説明した通り、本実施形態の反射型スクリーンの一態様では、透光性を有する樹脂シート（例えば、ＰＭＭＡなど）２の表面に、周期Ｐで周期的に配置された複数のストライプ状の凸部３を形成する。樹脂シート２の凸部３が形成された面と対向する面には光吸収層４と低屈折率層６が形成される。さらに、これらの光吸収層４と低屈折率層６は周期Ｐで配置されている。また低屈折率層と樹脂シートとの界面の法線方向が、反射型スクリーンの主平面に対して傾斜している。
ストライプ状の凸部３の長手方向と直交する方向での断面形状は略円弧からなっている。低屈折率層の樹脂シートと対向する側には光反射層５が形成されている。
【００４０】
このような構成により、プロジェクタ３０からの投射光は凸部３で集光され、低屈折率層６を通過後、光反射層５で散乱反射される。散乱反射光は再度、低屈折率層６を通過後、樹脂シート２に入射し、円弧のレンズ機能で集光され、観察者３１側へ効率的に伝播する。これにより観察者は高いゲインを有する画像を得ることができる。
一方、室内照明等の外光は主に上方からスクリーンに入射する。外光の一部は光吸収層４に、一部は低屈折率層６に入射する。従って、外光の反射による、一般に白浮きと呼ばれるコントラスト低下を軽減することができる。このため、観察環境に外光が存在する場合でも高いコントラストの画像を得ることができる。
【実施例】
【００４１】
次に、本発明の反射型スクリーンを評価するために、反射型スクリーン光線追跡法によるシュミレーションソフトＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓ（Optical Research Associates社）を用いて、以下に示すような実施例１、比較例の視野角特性、吸収特性の評価を行った。以下の実施例、比較例では樹脂シートの屈折率は１．５を用いた。本発明の実施例および比較例の構成パラメータを表３に示す。
【００４２】
【表３】
表３中、構成Ｉは、図１に示す反射型スクリーン１の構成を用い、構成ＩＩは、図１０に示す反射型スクリーン１ｅの構成を用いた。
【００４３】
図１１に示す通り反射型スクリーンへスクリーン法線方向に対し、プロジェクタ３０からの投射光が角度０ｄｅｇから５０ｄｅｇの範囲で入射した光の各入射点での反射光角度分布を計算した。観察者３１はプロジェクタ３０側にいるので、観察者が反射型スクリーンを見上げる場合にはプラス方向の角度となり、スクリーンを覗き込む場合にはマイナス方向の角度となる。図１２に、プロジェクタとスクリーンまでの距離を特定する、特性計算の説明図を示す。プロジェクタ３０から反射型スクリーン１までの距離を１０００ｍｍ、プロジェクタ３０から観察者３１までの後方の距離が１０００ｍｍ、プロジェクタ３０から観察者３１までの上方の距離が５００ｍｍであることを前提とする。
計算は、凸部３の表面での鏡面反射成分を削除し、完全拡散面（反射率１００％のランバート反射面）に対する輝度の比率であるゲイン（ＧＡＩＮ）を算出した。
【００４４】
図１３Ａ〜１３Ｃに実施例６の構成の反射型スクリーンの視野角特性の計算結果を示す。本実施例ではスクリーンで再帰的に反射しており、プロジェクタ３０側へ効率的に光を反射している。
【００４５】
［実施例１］
実施例１では、表３に記載の通りの反射型スクリーンを用い、図１２に示す、プロジェクタ３０からスクリーンまでの距離を１０００ｍｍ、プロジェクタ後方１０００ｍｍ、上方５００ｍｍに観察点を想定して、反射型スクリーンの面内のゲイン分布を計算した。
この実施例１に対する結果を図１４に示す。ここでスクリーン高さの原点（高さ０ｍｍ）は、プロジェクタ３０から反射型スクリーン１に垂直に入射した点としている。本結果が示す通り、面内で高いゲインの反射型スクリーンを得ることができる。
【００４６】
［実施例２］
実施例２では、図１０に示す反射型スクリーン１ｅの構成を用い、中心角θを１８０°とし、比率Ｍ／Ｐを０．７０として、図１２に示す配置でのゲインの分布を求めた。図１５にその結果を示す。本結果が示す通り、面内で高いゲインの反射型スクリーンを得ることができる。
【００４７】
［実施例３］
実施例３では、角度αを３０°とする以外は実施例１と同じ構成で、図１２に示す配置でのゲインの分布を求めた。図１６にその結果を示す。本結果が示す通り、面内で高いゲインの反射型スクリーンを得ることができる。
【００４８】
［実施例４］
実施例４では、比率ａ／Ｒを−０．２、比率ｂ／Ｒを０．２とする以外は実施例１と同じ構成で、図１２に示す配置でのゲインの分布を求めた。図１７にその結果を示す。本結果が示す通り、面内で高いゲインの反射型スクリーンを得ることができる。
【００４９】
［実施例５］
実施例５では、比率Ｍ／Ｒを０．９８、比率Ｍ／Ｐを０．５７とする以外は実施例１と同じ構成で、図１２に示す配置でのゲインの分布を求めた。図１８にその結果を示す。本結果が示す通り、面内で高いゲインの反射型スクリーンを得ることができる。
【００５０】
［実施例６］
実施例６では、中心角θを１００°とする以外は実施例１と同じ構成で、図１２に示す配置でのゲインの分布を求めた。図１９にその結果を示す。本結果が示す通り、面内で高いゲインの反射型スクリーンを得ることができる。図１９に示す結果から、中心角θが１００°以上であることが好ましく、１２０°以上がより好ましいといえる。
【００５１】
［比較例１］
比較例１では、低屈折率層６の屈折率を樹脂シートの屈折率と同じとした。つまり低屈折率層がない場合である。他のパラメータは実施例１と同じとした構成で、図１２に示す配置でのゲインの分布を求めた。図２０にその結果を示す。
【００５２】
［比較例２］
比較例２では、低屈折率層６の屈折率を１．４とし、他のパラメータは実施例１と同じとした構成で、図１２に示す配置でのゲインの分布を求めた。図２１にその結果を示す。図２１に示す結果から、低屈折率層６と樹脂シート２との屈折率差は、０．１より大きくする必要があることがわかる。
【００５３】
［比較例３］
比較例３では、比率ａ／Ｒを−０．４、比率ｂ／Ｒを０．４とし、他のパラメータは実施例１と同じとした構成で、図１２に示す配置でのゲインの分布を求めた。図２２にその結果を示す。
【００５４】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の反射型スクリーンを用いることで、大画面の映像を表示可能なホームシアター、会議システム、広告用表示システム等を実現することが可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１、１ａ〜１ｅ 本発明の反射型スクリーン
２ 樹脂シート
３ 凸部
４ 光吸収層
５ 光反射層
６ 低屈折率層
７ 透明接着層
１０ 投射画像表示システム
３０ プロジェクタ
３１ 観察者
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性を有し、主平面の一方の側にストライプ状の凸部が周期Ｐの幅で周期的に形成された樹脂シートと、
前記主平面の他方の側に配置され、前記樹脂シートより０．１５以上低い屈折率を有する低屈折率層と、
前記凸部のストライプの形状に平行するように、前記低屈折率層と交互に前記凸部に対向して配置された光吸収層と、
前記低屈折率層を挟んで、前記低屈折率層と前記樹脂シートとの界面と対向して配置され、散乱反射特性を有する光反射層と、を備え、
前記凸部は、当該凸部の長手方向と直交する断面形状が円弧からなり、
前記低屈折率層と前記樹脂シートとの界面の法線方向が、前記主平面の法線方向に対して傾斜し、
一組の前記光吸収層及び前記低屈折率層は、前記周期Ｐと略同じ幅で配置される、
反射型スクリーン。
【請求項２】
前記円弧の中心角が１００°以上であることを特徴とする請求項１記載の反射型スクリーン。
【請求項３】
前記低屈折率層と前記樹脂シートとの界面の法線方向と、前記主平面の法線方向とのなす角が１５°から３５°の範囲であることを特徴とする請求項１または２記載の反射型スクリーン。
【請求項４】
前記円弧の半径を長さＲとし、
前記凸部の長手方向に垂直かつ前記主平面の法線方向に平行する断面上の、前記円弧の中心点と前記低屈折率層の前記界面側の中央との間の距離を、前記主平面の法線方向の長さａと、前記主平面に平行な方向の長さｂとの二つの長さで表すと、
半径の長さＲに対する、長さａの比率（ａ／Ｒ）が−０．２から０．１の範囲であり、
半径の長さＲに対する、長さｂの比率（ｂ／Ｒ）が−０．１から０・３の範囲であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の反射型スクリーン。
【請求項５】
前記低屈折率層が空気層であることを特徴とする請求項請求項１乃至４のいずれか一項に記載の反射型スクリーン。
【請求項６】
前記周期Ｐと、前記低屈折率層を前記主平面の法線方向で前記主平面へ投影した幅Ｍとの比率Ｍ／Ｐが、０．５から０．８５の範囲であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の反射型スクリーン。
【請求項７】
前記凸部表面と、前記低屈折率層と前記樹脂シートとの界面との少なくとも一方に、アンチグレア処理が施されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の反射型スクリーン。
【請求項８】
前記請求項１乃至７のいずれか一項に記載の反射型スクリーンと、
プロジェクタと、を備える投射画像表示システム。
【請求項１】
透光性を有し、主平面の一方の側にストライプ状の凸部が周期Ｐの幅で周期的に形成された樹脂シートと、
前記主平面の他方の側に配置され、前記樹脂シートより０．１５以上低い屈折率を有する低屈折率層と、
前記凸部のストライプの形状に平行するように、前記低屈折率層と交互に前記凸部に対向して配置された光吸収層と、
前記低屈折率層を挟んで、前記低屈折率層と前記樹脂シートとの界面と対向して配置され、散乱反射特性を有する光反射層と、を備え、
前記凸部は、当該凸部の長手方向と直交する断面形状が円弧からなり、
前記低屈折率層と前記樹脂シートとの界面の法線方向が、前記主平面の法線方向に対して傾斜し、
一組の前記光吸収層及び前記低屈折率層は、前記周期Ｐと略同じ幅で配置される、
反射型スクリーン。
【請求項２】
前記円弧の中心角が１００°以上であることを特徴とする請求項１記載の反射型スクリーン。
【請求項３】
前記低屈折率層と前記樹脂シートとの界面の法線方向と、前記主平面の法線方向とのなす角が１５°から３５°の範囲であることを特徴とする請求項１または２記載の反射型スクリーン。
【請求項４】
前記円弧の半径を長さＲとし、
前記凸部の長手方向に垂直かつ前記主平面の法線方向に平行する断面上の、前記円弧の中心点と前記低屈折率層の前記界面側の中央との間の距離を、前記主平面の法線方向の長さａと、前記主平面に平行な方向の長さｂとの二つの長さで表すと、
半径の長さＲに対する、長さａの比率（ａ／Ｒ）が−０．２から０．１の範囲であり、
半径の長さＲに対する、長さｂの比率（ｂ／Ｒ）が−０．１から０・３の範囲であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の反射型スクリーン。
【請求項５】
前記低屈折率層が空気層であることを特徴とする請求項請求項１乃至４のいずれか一項に記載の反射型スクリーン。
【請求項６】
前記周期Ｐと、前記低屈折率層を前記主平面の法線方向で前記主平面へ投影した幅Ｍとの比率Ｍ／Ｐが、０．５から０．８５の範囲であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の反射型スクリーン。
【請求項７】
前記凸部表面と、前記低屈折率層と前記樹脂シートとの界面との少なくとも一方に、アンチグレア処理が施されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の反射型スクリーン。
【請求項８】
前記請求項１乃至７のいずれか一項に記載の反射型スクリーンと、
プロジェクタと、を備える投射画像表示システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１３Ｃ】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１３Ｃ】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１３−７３０７７（Ｐ２０１３−７３０７７Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１２８７０（Ｐ２０１１−２１２８７０）
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【出願人】（０００００１０８５）株式会社クラレ (1,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【出願人】（０００００１０８５）株式会社クラレ (1,607)
【Ｆターム（参考）】
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