JP2001524219A - ディフューザを組み入れた背面投射型スクリーン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 基材（１２）に光学的に接触して接合された複数の屈折ビーズ（１）を有する背面投射型スクリーン（１０）が開示されている。ビーズは不透明なマトリックス（２）に包囲されている。スクリーン（１０）を通過する光が、ビーズを通過した後、スクリーン（１０）を出る前に通過するように、ディフューザ（２８）が位置付けられている。

Description

【発明の詳細な説明】 ディフューザを組み入れた背面投射型スクリーン 技術分野 本技術は、背面投射型スクリーン、特に不透明なマトリックス内に透過性屈折 要素を配列して有する背面投射型スクリーンに関する。 発明の背景 背面投射型スクリーンは、光学投射装置の画像表面に配置される比較的薄い再 生層を有するシート状光学装置である。投射装置が画像表面上に焦点を合わせた 本来の画像を、このスクリーンが視覚化する。この再生層は通常、大半の投射装 置が作製する画像表面に対応して平面である。投射装置の画像表面が平面でない 場合は、他の形状をとる場合もある。スクリーンの目的は、投射された画像部分 以外の光を減衰する、遮断する、あるいは拡散し、投射された画像部分である光 を裏側から正面へと透過させるフィルタとして作用することである。このように して、スクリーンの正面で見る人々が投射された画像を見られるようにする。 背面投射型スクリーンの周知の型は、曇りガラス表面あるいは半透明のガラス 表面などの薄い光拡散層であり、これらを、エッチング、サンドブラスト、ある いは滑らかなガラス表面を粗くする他の方法により製造することができる。表面 が半透明である場合、スクリーン背後の物体に対する可視性は制限を受ける。し かしながら、スクリーンは、焦点を半透明表面上に正確に合わせて投射される画 像がスクリーンの前側から見えるように十分な光を透過させなくてはならない。 半透明な表面は光を散乱するため、画像をある視野角 範囲内で見ることができる。しかしながら、スクリーンが単に半透明であるだけ では、正面に入射する周囲光を猛烈に反射する傾向にあり、このために投射され た画像が退色する、あるいは流れる結果となる。これは、背景あるいは周囲光が 明るい場合、とりわけ深刻な問題である。 投射画像の光を許容範囲に保持しつつ、周囲光の影響を低減するための手法は 、米国特許第５，５６３，７３８号に開示されており、この特許において、密接 に詰めたガラスビーズの配列が不透明な重合バインダによって透明な基材に装着 されている。ガラスビーズは、レンズとして作用し、スクリーン背後からの投射 光を収集して、ビーズ表面近くの比較的狭い地点に焦点合わせする。その焦点は 、ビーズが前面の支持層と接触する領域内に位置する。 透過性ビーズが透明な前面支持層と接触するため、不透明なバインダ物質の大 半は、ビーズとビーズが基材上で接触する領域との間の空間から押し出される。 これにより、各ビーズと基材との間に光学窓が形成される。ビーズ間の隙間には 不透明なバインダ物質が存在するため、各光学窓を取り囲む領域は不透明であり 、黒色であれば好適である。この結果、これらの領域に入射する周囲光は吸収さ れる。したがって、ビーズを介して透過された光部分以外のスクリーンの正面は 黒く見える。スクリーンに対する更なる改良も開示されており、それによるとス クリーン裏側のビーズ間の隙間に不透明層をさらに追加し、スクリーン裏側のビ ーズに透明層をさらに追加することで、ビーズの光学性能を変化させてもよい。 しかしながら、ガラスビーズを用いた背面投射型スクリーンは、高品質の画像 を投射してそれを近距離から見るために使用する場合特に、制約を受ける。より 具体的に言えば、このようなスクリーンの映りは、使用するガラスビーズの品質 および配置に大きく影響さ れる。ビーズの寸法が不適切であったり、ビーズが球状でなかったり、またはビ ーズに破損、切り込み、引っ掻き傷、あるいは他の欠陥があれば、画像粒子の粗 さ、閃光、きらめき、斑、穿孔、あるいは単なるよごれ、とさまざまに呼ばれる 目に見える欠点を生み出す可能性がある。これらの欠点は、このスクリーンを例 えばコンピュータ用モニタとして使用する際、特に支障をきたす。コンピュータ 用モニタとして使用すれば、かなり細かいものを見る必要性から、ユーザは近距 離から目をそらさずに長時間にわたってスクリーンをじっと見つめがちだからで ある。 発明の要約 本発明によると、背面投射型スクリーンは、基材に光学的に接触して接合され ている複数の屈折ビーズを備える。ビーズは不透明なマトリックスで包囲されて いる。スクリーンを通過する光が、ビーズを通過後、スクリーンを出る前にディ フューザ（拡散体）を通過するように、ディフューザを位置付けする。 簡単な図面の説明 図１は、本発明の第１の実施例を示す。 図２は、ビーズを備えた背面投射型スクリーンの製造方法を図示する。 図３は、本発明の第２の実施例を示す。 図４は、本発明の第３の実施例を示す。 図５は、本発明の第４の実施例を示す。 図６は、本発明の第５の実施例を示す。 図７は、本発明の第６の実施例を示す。 好適実施例の詳細な説明 図１は、本発明による背面投射型スクリーンの第１の実施例を示す断面図を描 写しており、その全体を１０とする。透過性屈折ガラスビーズ１を透明な基材１ ２の主面３に装着し、密着させる。ビーズ１を不透明な接着剤バインダ物質を用 いて固着することにより、バインダ物質が少なくとも部分的に隙間２を充填し、 さらに表面３と粘着的に密着する。ビーズ１が基材１２と光学的に接触して接合 していることが重要である。これにより、ビーズは固着されており、たとえビー ズ１が物性的に基材１２と接触していない場合にも、実質的にビーズ１を通過す る光は基材に到達することになる。本発明によると、表面３は光を無作為化する 特性を呈しており、これは表面を粗くする、あるいは他の光学上の不均等性を備 えることにより得られる。したがって、表面３上の不均等性が光のディフューザ として作用する。この不均等性の性質は不規則であり、可視光の波長のオーダー からその約１０倍にわたる寸法を有することが好ましい。さらに、無作為化層は 比較的薄いことが好ましい。さらに、表面３を除き、基材１２は透過性で、光学 的に透明であり、著しい散乱あるいは他の劣化を起こすことなく、光学画像を透 過することが出来れば好ましい。 使用する際、背面投射型スクリーン１０を投射装置が投射する画像表面１２０ と実質的に重なる場所に配置して、投射光５０の形成する画像がビーズ１に入射 するように配向する。次いで基材１２の主面１１を介してその光が出ると、背面 投射型スクリーン１０の視覚化した投射画像が、スクリーンの正面に向かって見 ている人６０に見える。 表面３上に設けた不均等性により形成される光拡散層により、ビーズの不適切 な寸法、ビーズの不適切な形状、ビーズの破損、引っ 掻き傷、あるいは切込み、または他の欠陥のいずれが原因であるかにかかわらず 、投射画像の粗さを低減できる。画像の精細性および他の視認特性を実質的に保 持しながら、粗さ、突き抜け、あるいは他の欠陥が予想以上のレベルまで減少す ることは驚くべき結果である。さらに、スクリーン画像が周囲光によって流れや すい性質が、表面３上に光ディフューザが存在しても著しく助長されないことは 意外である。 表面３上に設けた不均等性が構造をなす場合、不透明なバインダ物質が、ビー ズ１間の隙間２の拡散表面３に迫従する、という更なる利点が得られる。これに より、手触りの良い表面、あるいは艶消し表面を形成できる。場合によっては、 これで正面スクリーンの周囲光に対する吸収性が改良され、スクリーンの見栄え がよくなることもある。 直径が６０μｍ前後であり、約１．９の屈折率を有する、商業的に入手可能な ガラスビーズが本発明に有効であることが明らかになっている。平均直径が６０ μｍ、最小直径が２５μｍ、最大直径が８５μｍであり、直径の標準偏差が１５ μｍであるビーズが好適である。これより小さいビーズも使用可能であり、大き いビーズで得られる画像品質と比べて品質改良をもたらす場合もある。所望の角 光分散およびゲインに依存して、１．４から２．０を超える範囲の屈折率を有す るビーズを使用してよい。これに用いるため、光軸上におけるスクリーン輝度の 、同等の集積化光出力を有するランバート光源の光軸上における輝度に対する比 率として、ゲインを定義する。２．２６の屈折率を有するビーズが、本発明によ るスクリーンにおいてうまく機能している。重合物質など、ガラス以外の透過性 ビーズ物質を用いてもよい。 不透明なバインダ層は、基材１２の表面３上に塗布できる適切な 物質であれば、いずれを用いて作製してもよい。バインダ層は表面３とビーズ１ とに適切に粘着接合しなければならず、また十分な不透明性を備えていなければ ならない。不透明層に好適な物質類の例として、着色が可能な重合物質を挙げら れ、黒に着色できれば好ましい。不透明層を表面３上にコーティングした後、そ の柔軟な状態を保持しながら、その上にビーズ１を配置し、表面３と接触するま で押し付けることが可能であれば好ましい。次いで、バインダを凝固することが できる。不透明化するためにブラックカーボンを装填したアクリレートが好適バ インダ物質である。他の方法として、不透明層を表面３に塗布し、別の接着剤層 をその不透明層上にコーティングすることもできる。 基材１２は、可視光を透過し、加工により表面３上に光ディフューザを形成で きる物質であればいずれでもよい。ポリメチルメタクリレートおよびポリエチレ ンテレフタレート（PET）およびポリカーボネートなどの重合物質が適している ことがわかっている。重合物質には軽量で可撓性に富むという利点があるが、ガ ラスを使用してもよい。 表面３上の光ディフューザの形成にはさまざまな手段を用いることが出来る。 PETフィルムを１００グリットのサンドペーパーで研くと適切であることがわか っている。その他にも、エンボス加工、化学腐食、またはフィルムを適度に粗い 鋳造表面に鋳込むなどの手段も使用可能である。一般に、拡大複製表面あるいは 他の構造表面の形成に適した製造手段であればいずれも、表面３上の光ディフュ ーザ作製に適当である。 スクリーンの製造はまず、光ディフューザを基材１２の表面３上に形成するこ とから開始できる。これに引き続き、図２ａに示すように不透明層１４を基材１ ２上に塗布する。不透明層１４を、適し た溶剤系に溶解する重合物質などの液体コーティングとして塗布してもよい。他 の方法として、不透明層１４を溶融熱可塑性樹脂として基材１２上に押出し成形 してもよい。不透明層１４の厚さはビーズ間の隙間を充填するべく、隙間量によ り決定する。 不透明層１４を溶剤使用のコーティング加工により塗布する場合、図２ｂに示 すように、そのコーティングを完全に乾燥する前に、ビーズ１を配設して、表面 ３と接触するまでビーズを押し付けると便宜がよい。ビーズ１を押し付けて固着 した後、図２ｃに示すように層１４を完全に乾燥させてもよい。この加工におい て、溶剤を主成分とする層が薄すぎるために、場所によっては外来光を充分に遮 断できず、穿孔となる場合がしばしば起こる。 不透明層１４を加熱した熱可塑性樹脂として押出して塗布する場合、ビーズ１ を不透明層１４に配設し、ビーズ１を押し付けて固着する前に不透明層１４を軟 化温度まで過熱しておくことが可能である。ビーズ１を押し付けて固着するため に、一対のロールなどの圧搾機を通過させてビーズを不透明１４に押し付けても よい。不透明層１４を充分に柔軟にすることで、ビーズ１を押し付けた際にビー ズが表面３と接触できるようにすることが重要である。この処理において、ビー ズ１あるいは基材１２の表面３を破損するほどの強圧を用いずに、光学的な透過 窓を形成しなければならない。例えば、基材１２がガラスの場合、それを割らな いように注意が必要である。基材１２が重合フィルムであり、ビーズ１がガラス の場合、ビーズ１が基材１２に圧痕を残すような力でビーズ１を基材１２に押し 付けないように注意が必要である。 図３に示す第２の実施例において、背面投射型スクリーン全体を２０として示 す。本実施例において、光学的に不均等な物質を基材１２の表面３’上にコーテ ィングすることにより、拡散層２８を形 成する。不透明バインダおよびビーズ１を施す前に、拡散層２８を別の層として 基材１２上に塗布する。コーティングあるいは押出し成形する拡散層２８に、バ インダの屈折率とは異なる屈折率を有する分散微粒子物質を含む透明な重合バイ ンダを含有してもよい。この層がもたらす光拡散量を、層２８に添加される分散 微粒子の量および型により制御してもよい。比較的薄い拡散層２８が好適である が、解像度および他の望ましい画像特性が許容範囲を超えるほどに劣化しない限 り、厚めの層を使用してもよい。 図４に示す第３の実施例において、背面投射型スクリーン全体を３０として示 す。本実施例において、透明な基材３８を間に挟むことにより、拡散層３３をビ ーズ１と隔離する。基材３８を可能な限り薄くし、拡散層３３も可能な限り薄く することが好ましい。しかしながら、再度、解像度および他の望ましい画像特性 が許容範囲を超えるほどに劣化しない限り、厚めの層を使用してもよい。 図５に描写する第４の実施例において、基材１２の屈折率とは異なる屈折率を 有する充填材層５４で表面３”をコーティングして拡散界面を形成し、同時にビ ーズ１が接触する平滑層５５を提供する。充填材層５４を設けることにより、界 面５３により得られる拡散量を効果的に制御することが可能である。いくつかの 実施例において、層１２と層５４との屈折率差を比較的小さくしたところ、拡散 の減少量は比較的少ない。さらに、層１２および層５４に適切な物質を選択する ことにより、スクリーンが透過する光の総量は増加する場合もある。充填材層５ ４を液体重合コーティングの形態で塗布した後、反応性硬化あるいは溶剤の蒸着 などの適切な硬化処理により凝固して、固体層を形成することが可能である。 図６は、本発明のもう１つの実施例を示す。図６の実施例において、ディフュ ーザ６３を基材１２の反対側１１に隣接して位置付け る。図６に示すように、ディフューザ６３はバルクディフューザである。ディフ ューザ６３が薄いフィルムディフューザでも、上述の実施例に示したような構造 面により形成されるディフューザでもよいことは当業者であれば明白である。 図７は、本発明のさらに別の実施例を示す。図７の実施例において、不透明１ ４を形成する物質が同時にディフューザとして作用する。これは、不透明層１４ を形成する物質にシリカ粒子を混合することにより可能となる場合がある。この 物質は、ビーズ１と基材１２との間の薄い領域ではディフューザとして作用する が、隙間２の厚い領域では有効な不透明性を保持する。 上述の説明からわかるように、スクリーンを通過する光が、ビーズ１を通過し た後、スクリーンを出る前にディフューザを通過するように、本発明によるディ フューザを配置しなくてはならない。

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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 背面投射型スクリーンであって、 透明な基材と、 該基材に光学的に接触して接合された複数の屈折ビーズと、 それらビーズを包囲する不透明なマトリックスと、 該スクリーンを通過する光が、該複数のビーズを通過した後であって該ス クリーンを出る前に通過するように位置付けられたディフューザと、 を備える背面投射型スクリーン。