JP2003504691A

JP2003504691A - 内部反射を用いた背面投射スクリーンおよびその製法

Info

Publication number: JP2003504691A
Application number: JP2001510048A
Authority: JP
Inventors: モシュレフツァデー，ロバート; トーマス，パトリック; ネルソン，ジョン; ホダップ，テッド; チョウ，シン−シン; ポコーニー，リチャード; ラディヤス，ラグ
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 1999-07-07
Filing date: 1999-11-17
Publication date: 2003-02-04
Also published as: CN1378660A; CA2376812A1; MXPA01013459A; KR100722749B1; KR20020029071A; US6417966B1; CA2376812C; EP1200875A1; WO2001004701A1; CN1207623C; AU1731700A

Abstract

(57)【要約】背面投射システム用の光分散フィルムは、フィルムを通過する光を少なくとも１つの分散面に反射するように配置された反射面を含む。反射面は、第２の屈折率を有する材料の層の中に配置された第１の屈折率の構造体によって形成される。構造体は、フィルムの表示面に光吸収基部を有する。いくつかの実施形態において、反射面は、多数の異なる方向に光を反射するために、１つ以上の角度に配置される。他の実施形態において、第２の屈折率を有する材料の層は、光を拡散する拡散粒子を含む。フィルムによって、背面投射システムにおいて画像光の非対称分散を実現することができるため、観察者に対して選定された方向に光を指向することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】背景本発明は、一般に背面投射スクリーンに関し、さらに詳細には、スクリーンを
通過する光を分散させるために、内部全反射構造を組み込んだ背面投射スクリー
ンに関する。

【０００２】背面投射スクリーンは、一般に、スクリーンの背面上に投影される画像を視野
空間に伝達するように設計されている。投影系の視野空間は比較的大きい可能性
があり（たとえば、背面投射テレビ）、または比較的小さい可能性がある（たと
えば、背面投射データモニタ）。背面投射スクリーンの性能は、スクリーンのさ
まざまな特性に関して表されることができる。スクリーンの性能を表すために用
いられる一般的なスクリーン特性としては、ゲイン、視角、解像度、コントラス
ト、色およびスペックルなどの望ましくないアーティファクトの存在などが挙げ
られる。一般に、高解像度、高コントラスト、大きなゲインを有する背面投射ス
クリーンであることが望ましい。また、スクリーンが広い視野空間全体にわたっ
て光を広げることが望ましい。不幸なことに、１つのスクリーン特性が改良され
ると、１つ以上の他のスクリーン特性が劣化することが多い。たとえば、スクリ
ーンに対して広範囲の位置で位置決めされる観察者に配慮するために、水平視角
を変更してもよい。しかし、水平視角が増大すると、垂直視角も特定の用途で必
要とされる範囲を超えて増大する可能性があるため、全体のスクリーンゲインが
減少する。その結果、特定の背面投射ディスプレイ用途に関して全体の許容可能
な性能を有するスクリーンを製作するために、一定の相殺関係が、スクリーン特
性および性能に生じる。

【０００３】したがって、スクリーンが用いられる背面投射ディスプレイ用途に必要な最低
の性能基準を満たすと同時に、全体の性能を改良するスクリーンが依然として必
要である。

【０００４】発明の要約一般に、本発明は、背面投射スクリーン用の光拡散フィルムおよびその製作方
法に関する。このフィルムは、フィルム内部に蒸着された反射面から光を反射す
ることによって、それを通過する光を拡散する。反射面は、フィルムの内部の構
造体の面に形成される。

【０００５】具体的な一実施形態において、光分散フィルムは、第１の屈折率を有する第１
の材料から形成される第１の層を含み、第１の層は、第１および第２の対向する
面と、第１の面に垂直である第１の光軸と、を有する。第１の層は、第１の屈折
率より小さい第２の屈折率を有する第２の材料から形成される構造体を含む。構
造体は、第２の面に第１の面に向かって延在する１つ以上の側壁を備えた基部を
有する。第１の内部反射面は、第１の材料と第２の材料との間の界面によって形
成される。構造体基部は光吸収材料を含み、第２の面の光透過領域が構造体基部
の間に規定される。第１の内部反射面は、個々の光透過領域を通って光を非対称
に分散させる反射構成単位を形成する。第１の反射面は、第１の光軸に対して少
なくとも２つの角度で配置される面を形成する。

【０００６】別の具体的な実施形態において、光分散フィルムは、第１の屈折率を有する第
１の材料から形成される第１の層を含み、第１の層は、第１および第２の対向す
る面と、第１の面に垂直である第１の光軸と、を有する。第１の層は、第１の屈
折率より小さい第２の屈折率を有する第２の材料から形成される構造体を含む。
構造体は、第２の面に第１の面に向かって延在する１つ以上の側壁を備えた基部
を有する。第１の内部反射面は、第１の材料と第２の材料との間の界面によって
形成される。構造体基部は光吸収材料を含み、第２の面の光透過領域が構造体基
部の間に画定される。第１の内部反射面は、個々の光透過領域を通って光を非対
称に分散させる反射構成単位を形成する。第１の反射面は、分散面内で選定され
た方向に光を反射するために配置される。

【０００７】別の具体的な実施形態において、光分散フィルムは、第１の屈折率を有する第
１の材料から形成される第１の層を含み、第１の層は、第１および第２の対向す
る面と、第１の面に垂直である第１の光軸と、を有する。第１の層は、第１の屈
折率より小さい第２の屈折率を有する第２の材料から形成される構造体を含む。
構造体は、第２の面に第１の面に向かって延在する１つ以上の側壁を備えた基部
を有する。第１の内部反射面は、第１の材料と第２の材料との間の界面によって
形成される。構造体基部は光吸収材料を含み、第２の面の光透過領域が構造体基
部の間に規定される。第１の反射面は、光軸に対して２つ以上の角度で配置され
る面を形成する。第１の反斜面によって反射されたすべての光は、絶縁−絶縁界
面で反射される。

【０００８】別の具体的な実施形態において、背面投射スクリーン用のフィルムは、第１の
基板層面を有する基板層を含む。第１の屈折率を備えた第１の材料から形成され
た構造体は、第１の基板層面上の構造体基部と共に配置される。構造体の側壁は
、基板から離れる方向に延在する。構造体基部は、光吸収材料から形成される。
クリア領域は、構造体基部の間の第１の基板層面に規定される。第１の屈折率よ
り大きい第２の屈折率を有する第２の材料から形成された上部層は、構造体およ
び第１の基板層面のクリア領域の上方に配置される。上部層と側壁との間の界面
は、上部層内部で基板に実質的に垂直である方向に基板に対して伝搬している光
の場合には、内部反射面を形成する。

【０００９】別の具体的な実施形態において、背面投射スクリーン用の光拡散フィルムは、
第１の屈折率を有し、第１および第２の対向する面と、第１の面に垂直である光
軸と、を有する第１の材料から形成される第１の層を含む。第１の層は、第１の
屈折率より小さい第２の屈折率を有する第２の材料から形成される構造体を含む
。構造体は、第１の反射面を規定するために、第２の面に第１の面に向かって延
在する１つ以上の側壁を備えた基部を有する。構造体基部は光吸収材料を含み、
第２の面の光透過領域が構造体基部の間に規定される。バルク拡散体が、第２の
面の光透過領域を通過する光を分散するために配置される。

【００１０】別の具体的な実施形態において、背面投射スクリーン用の光分散フィルムは、
第１の屈折率を有する第１の材料から形成される第１の層を含み、第１の層は、
第１および第２の対向する面と、第１の面に垂直である第１の光軸と、を有する
。第１の層は、第１の屈折率より小さい第２の屈折率を有する第２の材料から形
成される構造体を含み、構造体は、第２の面に第１の面に向かって延在する少な
くとも２つの側壁を備えた基部を有する。内部反射面は、第１の材料と第２の材
料との間の界面によって形成される。構造体基部は光吸収材料を含み、第２の面
の光透過領域が構造体基部の間に規定される。少なくとも１つの構造体は、第１
の光軸上に位置決めされた画像光源からフィルムを通過する発散光に平行に選定
された角度で配置された２つの側壁のうちの少なくとも１つを有する。

【００１１】光分散フィルムの別の具体的な実施形態において、フィルムは、第１および第
２の対向する面を有する第一のフィルムを含む。第１のフィルムは、第１の屈折
率範囲内の第１の屈折率を有する。第１のフィルムは、第１の屈折率範囲より小
さい第２の屈折率を有する構造体材料から形成される構造体を含む。構造体は、
第２の面に第１の面に向かって延在する少なくとも１つ以上の側壁を備えた基部
を有する。第１の内部反射面は、構造体材料と第１のフィルムの材料との間の界
面によって形成される。構造体基部は光吸収材料を含み、第２の面の光透過領域
が構造体基部の間に規定される。第１の面に隣接する第１のフィルムの第１の屈
折率は、第２の面に隣接する第１のフィルムの第１の屈折率とは異なる。

【００１２】別の具体的な実施形態において、光分散フィルムは、第１の屈折率を有する第
１の材料から形成される第１の層を含み、第１の層は、第１および第２の対向す
る面と、第１の面に垂直である第１の光軸と、を有する。第１の層は、第１の屈
折率より小さい第２の屈折率を有する第２の材料から形成される構造体を含む。
構造体は、第２の面に第１の面に向かって延在する１つ以上の側壁を備えた基部
を有する。金属被覆は、第１の反射面を形成するために、第１の材料と第２の材
料との間の側壁の少なくとも一部に配置される。構造体基部は光吸収材料を含み
、第２の面の光透過領域が構造体基部の間に規定される。第１の反射面は、個々
の光透過領域を通る光を非対称に分散する反射構成単位を形成する。バルク拡散
体は、第２の面の光透過領域を通過する光を分散するために、第１の材料の内部
に配置される。

【００１３】光学フィルムを製作するための具体的な方法は、基板上に構造体を注型硬化す
ることを含み、構造体は第１の屈折率を有する第１の材料から形成され、基板上
に光吸収基部を備え、開放基板領域が基板上の隣接する構造体の間に規定される
。この方法はまた、第１の材料と第２の材料との間の界面に反射面を形成するた
めに、構造体および開放基板領域を第１の屈折率より大きい第２の屈折率を有す
る第２の材料で上塗りすることを含む。反射面は、第２の材料基板を通って伝播
する光をフィルムの光軸に実質的に平行な方向に開放基板領域に向かって反射す
るように配置される。

【００１４】光学フィルムを形成する別の具体的な方法は、第１の屈折率を有する第１の材
料のフィルムの第１の面上にグルーブを形成し、グルーブの間の第１の面の開放
領域を備えることを含む。この方法はまた、第１の面の開放領域上に光散乱体を
形成し、第１の屈折率より小さい第２の屈折率を有する第２の材料でグルーブを
満たし、第２の吸収材料が光学的に吸収するようにすることを含む。

【００１５】光学フィルムを形成する別の具体的な方法は、基板上に構造体を注型硬化する
ことを含み、構造体は第１の屈折率を有する第１の材料から形成され、基板上に
光吸収基部を備え、開放基板領域が基板上の隣接する構造体の間に規定される。
この方法はまた、反射面を形成するために構造体の少なくとも一部の情報に金属
層を配置することと、金属層および開放基板領域を第２の材料で上塗りすること
と、を含む。反射面は、第２の材料基板を通って伝播する光をフィルムの光軸に
実質的に平行な方向に開放基板領域に向かって反射するように配置される。

【００１６】本発明の上記の概要は、本発明のそれぞれ示された実施形態またはすべての実
装を説明しようとするものではない。さらに具体的に扱う図面および詳細な説明
は、これらの実施形態を例示するものである。本発明は、添付の図面に関連して本発明のさまざまな実施形態を以下の詳細な
説明を考慮すれば、より十分に理解されると思われる。本発明はさまざまな修正および別の形態に修正することができ、その詳細は図
面の一例によって示されており、詳細に説明されると推測される。しかし、説明
された具体的な実施形態に本発明を限定されることを意図するものではないこと
を理解されたい。それどころか、添付の請求項によって定義されているように、
本発明の精神および範囲を逸脱することなく、すべての修正物、等価物、代替物
を網羅することを意図している。

【００１７】詳細な説明本発明は一般に、さまざまな異なるスクリーンアセンブリに適用可能であり、
具体的には背面投射システムに用いられるスクリーンアセンブリに適している。
詳細には、本発明は、観察者の最もいそうな場所が周知である用途に有用であり
、本発明は、スクリーンのすべての部分からの光を観察者が最もいそうな場所に
指向する際に、スクリーンの向こう側の明るさの一様性を増大するために有用で
ある。

【００１８】背面投射ディスプレイ１００は、図１および図２を参照して説明される。ディ
スプレイは、スクリーン１０４の背面に画像を投影するイメージプロジェクタ１
０２を含む。画像は、スクリーン１０４によって透過されるため、スクリーン１
０４の向こう側の一定の点に位置する観察者１０６は、スクリーン１０４を通っ
て投影される画像を見ることができる。背面投射ディスプレイ１００は、たとえ
ば、１台以上の背面投射テレビジョン、１台以上の背面投射コンピュータモニタ
または任意の他の背面投射ディスプレイ装置であってもよい。

【００１９】本発明の一実施形態によれば、画像をスクリーンアセンブリ１０４の背面に投
影するために、背面投射ディスプレイ１００には、たとえば、液晶ディスプレイ
型ライトプロジェクタまたは任意の他の適切なタイプのイメージプロジェクタな
どのイメージプロジェクタ１０２を用いることができる。背面投射ディスプレイ
は、比較的小さなデータモニタから大型スクリーンテレビジョンおよびビデオウ
ォールまでさまざまなサイズが可能である。投影ディスプレイ１００はまた、「
ＰｒｏｊｅｃｔｉｎｇＩｍａｇｅｓ（投影画像）」と題した欧州特許出願第７
８３１３３号に記載されているようなさまざまな投影系など、その筐体内部で折
り返された画像投影経路に依存していてもよい。尚、当該特許の内容は参照によ
って本願明細書に引用されるものとする。以下の詳細から明らかであるように、
このようなシステムは、以下の本願明細書で説明されるさまざまなスクリーンア
センブリの利用によって特に利益を得られると考えられる。

【００２０】そこで、さまざまなスクリーン特性についてさらに詳細に説明する。１つの重
要なスクリーン特性は、ゲインである。スクリーンのゲインは、視角の関数とし
て、スクリーンの明るさを表す。ゲインは、一般に、すべての角度に対して１に
設定された理想的なランバート標準のゲインを有するランバート反射体を用いて
較正される。スクリーン（スクリーン素子）のピークゲインは、ある角度で最も
高いゲインに相当する。たとえば、垂直入射で後方から照射されるバルク拡散体
スクリーンのピークゲインは一般に、スクリーン面に垂直を成す角度でスクリー
ンを透過する光の場合に観測される。

【００２１】別の重要なスクリーン特性は、視角である。スクリーンの視角は、本願明細書
で用いられるように、スクリーンのゲインがピークゲインの半分まで下がった角
度である。さまざまな状態において、視角は、最大輝度の角度と、透過画像の輝
度がスクリーンの最大輝度の半分にまで下がった角度との差に対応する。一般に
、最大輝度は、スクリーン面に垂直な方向に透過される光の場合に生じる。

【００２２】背面投射システムの特定の用途は、所望の視角を決定する。観察者が最も位置
していそうな領域に光を指向することによって、スクリーンの輝度の角度依存を
制御することが一般に有利である。たとえば、背面投射ディスプレイがデータモ
ニタである場合には、観察者は一般に、スクリーンに対して中央に位置し、かつ
スクリーンから約１〜３フィートの範囲に位置する。スクリーンの中央に対する
垂直線の上に、観察者の眼を位置付けることができるが、観察者は一般に、スク
リーンの向こう１または２フィート程度の距離からスクリーンを見ることはない
。さらに、プライバシーまたは安全性の理由から、スクリーンの垂線に対してた
とえば、３０°以上の角度で、スクリーンから出る輝度を削減することが好まし
いと考えられる。これにより、スクリーンの軸から離れた位置にいて、恐らく、
スクリーンの内容を見る権限を持たない人が、スクリーン上の情報を読取る可能
性を削減する。

【００２３】背面投射スクリーンに関する別の用途は、ホームテレビジョンシステムにあり
、観察者はテレビジョンスクリーンの前方の直線的な位置以外の位置に座ること
が一般的であるため、一般に、大きな水平角度にわたるスクリーンの輝度の角度
依存を指向することが望ましい。他方、スクリーンのはるか上またははるか下の
位置からテレビジョンスクリーンを見る観察者は、ほとんどいないため、垂直方
向におけるスクリーンの視角を削減することが一般に望ましい。したがって、テ
レビジョンの場合の好ましい視角は一般に、水平方向よりも垂直方向に小さい。
一定の用途では、テレビジョンスクリーンからの光の垂直発散は、テレビジョン
スクリーンからの垂線に対して下方向に傾斜していることが好ましい場合もある
。これは、たとえば、床からテレビジョンを見ている観察者に配慮している。こ
のような例では、観察者は一般に、任意の長さの時間、立ってテレビジョンを見
ることはないため、テレビジョンスクリーンから上方向に光を偏向することはあ
まり重要ではない。

【００２４】スクリーンの重要な特性は、望ましくない色またはスペックル効果を裂けるこ
とができる能力である。ある種のスクリーンでは、スクリーン上に異なる色の画
素状のスポットの不規則なパターンとして色が観測される場合がある。このよう
なカラーアーティファクトは一般に、異なる波長が異なる方向または異なる効率
で散乱されるような散乱などの波長依存効果から生じる。波長依存効果の結果と
して、異なる色が物理的に分離され、投影スクリーンの観察者側で観測されうる
ようになる。艶消し仕上面などの散乱面は、特にスペックルおよび色の問題を受
けやすい。

【００２５】背面投射ディスプレイが、ますます高い解像度を必要とする用途、たとえば高
精細度テレビジョンに用いられる場合には、背面投射スクリーンによって得られ
る解像度がさらに重要となる。スクリーンの解像度は一般に、スクリーンに投影
される画像において識別することができるきわめて微細な細部の尺度として定義
される。

【００２６】ここで、図２Ａの例を考えると、イメージプロジェクタ１０２によって生成さ
れる画像光１１０は、スクリーンアセンブリ１２４に指向される。スクリーンア
センブリ１２４は一般に、分散層１３４および支持部を形成するためのガラス板
１３６をはじめとする観察者によって見られる画像を制御するための複数の異な
る層を含む。分散層１３４は、スクリーンの特定の点を通過する光を円錐角度に
分散または拡散し、スクリーンから遠方側の観察者がその特定の点からの画像光
を検出することができるようにする。分散層１３４は一般に、スクリーンの向こ
う側のすべての点からの光を分散し、観察者がイメージプロジェクタ１０２によ
ってスクリーンアセンブリ１２４の上に投影された画像全体を見ることができる
ようにすることは、十分に理解されたい。

【００２７】本願明細書では、「分散する」なる語は、画像光の方向を変化させる任意のプ
ロセス、たとえば、散乱、拡散、屈折または反射、あるいは１つ以上の方向に視
角を生成する任意の他の対処法を指すために用いられる。この語を使用する場合
に、波長依存特性を必ず含むわけではない。「分散角度」なる語は、光が入射方
向に対して分散、たとえば散乱、屈折または反射される角度である。分散は、バ
ルク拡散体を用いる場合に一般に得られるように、対称性または等方性であって
もよい。また、たとえば、垂直方向における視角が水平方向における視角と異な
る場合には、分散は、非対称性または非等方性であってもよい。「分散面」とは
、分散の幾何学的な面を指す。たとえば、水平方向にフィルムによって分散され
る光は、水平分散面内または水平分散面に平行な方向に分散されることを指して
もよい。

【００２８】光１１２の軸上の光線は、視角２θを形成するために分散層１３４によって分
散される。イメージプロジェクタ１０２からの軸外の光線１１０は、スクリーン
アセンブリ１２４の端部を照射し、角度αだけ軸上の光線１１２から離隔されて
いる。軸外の光線１１０が分散層を通過するとき、このような光線は、スクリー
ンの垂線に対して角度αである光線１１１を中心にして±θ’だけ分散される。
散乱事象の特性は背面投射スクリーンの他の光学特性に依存するため、角度θ’
は角度θに等しくても等しくなくてもよい。

【００２９】別のスクリーンアセンブリ１０４が、図２Ｂに示されており、イメージプロジ
ェクタ１０２からの光１１０は、分散層１１４に入射される前にフレネルレンズ
１１３によって平行光線にされる。分散層１１４は、たとえば、ガラススクリー
ンであってもよい支持層１１６の上で支持される。この場合には、スクリーン１
０４の端部を透過する分散光は、スクリーンに垂直である光線１１５を中心にし
て分散される。フレネルレンズを備えていないスクリーンアセンブリ１２４より
勝るアセンブリ１０４の１つの利点は、軸上の観察者が検出するようにするため
に、スクリーンの端部からの光を分散しなければならない角度が小さくなること
である。角度が増大すると、分散される光の強度は一般に減少するため、フレネ
ルレンズを有するスクリーンアセンブリ１０４で観察者によって見られる画像は
一般に、フレネルレンズを用いない場合のスクリーンよりさらに均一に強度が強
く見える。

【００３０】テレビジョンスクリーンの場合の所望のゲイン特性の一例が、図３に示されて
いる。この図は、テレビジョンで用いられているスクリーンの場合に得られるよ
うに、ゲインを視角θに関連付ける２つの曲線３０２，３０４を示している。幅
の広い方の曲線３０２は、ゲインＧを水平方向における角度θの関数として示し
ている。言い換えれば、曲線３０２は、観察者がスクリーンから側方向に離れる
ように移動するとき、観察者によって認識されるスクリーンの明るさを示してい
る。水平視角θ_Hは、水平方向に分散される光が最大輝度の半分に低下する角度
である。

【００３１】幅の狭い方の曲線３０４は、ゲインの依存性を垂直方向に見られるスクリーン
に対する角度の関数として示している。上述したように、テレビジョン用途では
、ほかの方法で床および天井を照らす光を無駄にしないようにするために、スク
リーンからの画像が比較的狭い範囲の角度で垂直方向に指向されることが一般に
望ましい。このようにすることにより、所期の観察領域に位置する観察者によっ
て認識されるスクリーンの明るさが増大する。垂直視角θ_Vは、光強度が最大強
度の２分の１である角度であり、水平視角θ_Hより小さい。

【００３２】したがって、水平視角θ_Hと異なる垂直視角θ_Vを形成するために、分散が非対
称性である背面投射ディスプレイスクリーンに関する複数の用途があることは十
分理解されるべきである。また、一方向、たとえば垂直方向における視角は、ス
クリーンを通る軸を中心にして対称である必要はない。たとえば、スクリーンの
軸より上の角度が増大すると、スクリーンの軸より下の角度が減少する場合より
垂直方向におけるゲインは、急激に減少する可能性がある。曲線３０６に関して
示されているように、θ＝０°でそのピークゲインであるが、上方より下方のほ
うが多くの光を発散している。

【００３３】スクリーン性能の重要な尺度は、コントラストである。コントラストは一般に
、投影される黒い画像の輝度に対する投影される白い画像の輝度の比である。そ
の機能に関して、数字のコントラスト数は、光源および画像光学素子に左右され
る。スクリーンの明るさが増大すると、コントラスト比が増大する傾向があり、
投影される黒い画像が一層黒くなる。一例では、システムのダイナミックレンジ
に関してコントラストを測定してもよい。ダイナミックレンジは、周辺光のない
ときのコントラスト比の測定値である。投影ディスプレイが周辺光のあるときに
使用される場合には、周辺光の一部がスクリーンから反射される可能性がある。
反射光は一般に、鏡面反射成分と拡散成分の両方を含む。周辺反射は、スクリー
ンコントラストを劣化させる傾向がある。したがって、スクリーンが周辺光のあ
るときに用いられる場合には、コントラスト比もスクリーンの周辺光を吸収する
能力に左右される。スクリーンからの周辺反射の量を低減することが特に望まし
い。したがって、周辺反射率の量は、スクリーン性能の別の有用な尺度を提供す
る。

【００３４】米国特許第５，７６８，０１４号に説明され、図４Ａに示されている光を分散
する１つの対処法は、画像光源から光を受光する入射側に前面フレネルレンズ４
０２を有する単層スクリーン４００を用いることである。複数の屈折プリズム４
０４が、スクリーンの射出面４０６に設けられる。プリズム４０４は、二等辺三
角形プリズムとして形成され、その基部が射出面４０６と同一平面を成す。プリ
ズム４０４の屈折率は、周囲のバルク材料４０８の屈折率より小さい。プリズム
４０４内の吸収材料が、プリズム４０４の中に入ってくる任意の光を吸収する。
プリズム４０４は層４１０，４１２，４１４に配置され、プリズム４０４の位置
は各層の間に互い違いに配置される。プリズム４０４の間の射出面４０６のクリ
ア部分４１６は、面散乱体として作用する微細な艶消し面で形成される。

【００３５】スクリーン４００の断面を示している図４Ｂを参照して、スクリーン４００の
作用を説明する。画像光源からの光４２０が、フレネルレンズ４０２に入射され
、伝搬方向に沿って光を平行光線にする。次に、光は、射出面４０６に向かって
伝搬される。光の一部は、プリズム４０４とバルク材料４０８との間の境界面４
２２で遮断される。光がプリズム境界面４２２で射出面４０６のクリア部分４１
６に向かって内部全反射するように、プリズムの頂点の角度θおよびプリズム４
０４の屈折率とバルク材料の屈折率の差が選択される。光は、垂直面に対して一
定の角度で射出面４０６を通って伝播し、微細な艶消し面によって一部散乱を生
じる。フレネルレンズ４０２によって平行光線化された光の一部は、クリア部分
４１６に直接入射し、光線４２４によって示される実質的に直交方向にスクリー
ン４００の外へ伝搬する。したがって、プリズム４０４による内部全反射は水平
方向の光を分散させるために用いられ、微細な艶消し面は垂直方向および水平方
向の両方に等方性の散乱を生じる。プリズム４０４の基部は、スクリーン４００
の表示面に光吸収材料を設ける。プリズム基部による周辺光の吸収によって、ス
クリーンにコントラストを形成する。

【００３６】スクリーン４００に関する複数の問題が、米国特許第５，７６８，０１４号で
は手付かずのまま依然として残っている。１つの問題点は、面散乱体の利用であ
る。スクリーン４００の射出面に等方性の散乱がない場合には、光はＡ，Ｂ，Ｃ
とラベル付けされた３つの異なる方向に沿ってのみ放出される。その結果、スク
リーン４００の水平方向のゲインには３つのピークがあり、１つのピークは０°
（方向Ａ）であり、別の２つのピークは、中央ピークを中心にして対称に位置す
る（方向Ｂ，Ｃに対応する）。比較的滑らかな水平ゲイン曲線を形成し、ゲイン
分布が３つのピークによって支配されないようにするために、微細な艶消し面で
大量に散乱しなければならない。すなわち、微細な艶消し面は、比較的大きな角
度で光を散乱しなければならない。しかし、垂直視角を形成し、水平ゲイン分布
を滑らかにするために、面散乱体、特に十分に高度な散乱を生じる面散乱体を利
用すると、表示画像にスペックルおよび色の問題が生じる。散乱体によって与え
られる散乱の程度を増大させることによって、面散乱体から生じるスペックルを
低減することができる。しかし、スペックルを低減するために光の散乱を増大さ
せる必要条件は、所望の水平視角および垂直視角を形成するために必要な散乱の
量とは逆方向に進む恐れがある。

【００３７】面散乱体の利用に関する別の欠点は、フィルムが別のフィルムに積層される場
合に散乱特性を犠牲にすることである。積層の効果は、光が高い屈折材料から射
出するときに生じる屈折率の差を低減することであり、散乱も減少する。面散乱
体がフィルムにおいて水平ゲイン分布を滑らかにするための唯一の機構である場
合には、このことは特に重要となりうる。したがって、微細な艶消し面の利用に
よって、スクリーンの性能の範囲を限定する恐れがある。

【００３８】スクリーン４００に関する別の問題点は、光が２度以上内部反射される場合に
フィルムの透過率が低下する恐れがあることである。したがって、最大透過率を
実現する隣接するプリズムの間隔は、光が２つ以上のプリズムによって反射され
ないほど十分に大きい。したがって、最大透過率のために、プリズムの間隔は必
要な視角によって決まる。より大きな水平視角が必要である場合には、プリズム
間の間隔が増大する。しかし、プリズム間の間隔が増大することにより、スクリ
ーン上の黒い領域の比が減少し、スクリーンコントラストが劣化する。したがっ
て、スクリーンコントラストは、スクリーンの透過率または視角に左右される。

【００３９】スクリーン４００に関する別の問題点は、フィルムの製作方法が複雑であるた
め、製作コストが増大する原因となることである。

【００４０】本発明の重要な利点は、面散乱体の利用に対するフィルムの依存性を低減する
ことである。その結果、内部反射から生じるゲイン分布の非一様性を実質的に低
減するために、本発明を用いることができるため、フィルムの他の特性に悪影響
を及ぼすことなく、異なる視角を水平方向および垂直方向において確定すること
ができる。さらに、スクリーンコントラストにおける制限を低減することができ
るため、視角またはスクリーン透過率に制限されることなく、スクリーンコント
ラストを増大させることができる。本発明の実施形態は、内部反射面がスクリー
ン４００に関して上述したようなゲイン曲線における大きなピークを低下させる
ため、すなわちゲイン分布における非一様性を低減するために配置されるスクリ
ーンである。本発明により、設計者は、分散面内で異なる方向における画像光の
反射を選択することができる。

【００４１】本発明の具体的な一実施形態が、図５Ａに示されている。フィルム５００は、
光を吸収し、かつ比較的低い屈折率である三角形の構造体５０４を１つの面に有
する基板層５０２を含む。構造体は、基部でクリア領域５０８によって分離され
ている。高い屈折率材料の層５０６は、構造体５０４の上に重なり、隣接構造体
５０４の間の空間を満たす。高屈折率層５０６は、バルク拡散体として作用する
ために拡散体粒子を加えてもよい。バルク拡散体は、上述した微細な艶消し面と
同じ問題を被ることはない。第一に、バルク拡散体がスクリーンを通過する光の
干渉性を断つため、スペックルの問題が低減される。第二に、複数の散乱事象は
散乱事象の波長依存性を均す傾向があるため、色の問題が低減される。第三に、
バルク拡散体は、その光分散特性に悪影響を及ぼすことなく、他の層に積層され
ることができる。

【００４２】構造体５０４は、短い構造体として形成され、たとえば、図４Ａと示されたパ
ターンに似たフィルムの市松模様に配置されてもよい。構造体はまた、実質的に
フィルムの幅全体にわたって延在するリブとして形成されてもよく、または２つ
以上の分散面に平行な方向に光を反射するように配置された反射面を有する２次
元構造体として形成されてもよい。

【００４３】別のタイプのスクリーン層５２０が、図５Ｂに示されている。ここでは、基板
５０２および構造体５０４は、第１の分散層５００と同様である。バルク拡散体
の層５２２は、クリア領域５０８の上であって、かつ構造体５０４の間の谷の底
部に配置されている。高屈折率材料の上層５２４は、構造体５０４およびバルク
拡散体層５２２の上に配置されている。別の実施形態（図示せず）において、構
造体の上部に近い部分は拡散が小さく、構造体基部に近い部分は拡散が大きくな
るように、拡散粒子の密度を徐々に変化させてもよい。また、構造体の上部に近
い部分は拡散が大きく、構造体基部に近い部分は拡散が小さくなるように、拡散
粒子の密度を徐々に変化させてもよい。

【００４４】図５Ｃに示されているような物品を製作するために、注型硬化法を用いてポリ
カーボネート基板フィルム（Ｂａｙｅｒによって製作されたＤＥ６−２）全体に
リブ上の構造体として構造体５０４を形成することによって、分散層５００が製
作された。構造体５０４は、屈折率約１．５１まで硬化された紫外線硬化ウレタ
ン−アクリレート樹脂（ｐｈｏｔｏｍｅｒ６０１０）から形成された。樹脂は
、重量で約１５００ｐｐｍのレベルまでカーボンブラックと混合した。構造体は
約１００μｍのピッチで形成され、各構造体６０４の基部は幅８０μｍ、クリア
領域６０８は幅２０μｍであった。各構造体６０４の内包角としても周知である
頂角は３０°、高さは約１５０μｍであった。

【００４５】高屈折率層５０６は、ビード添加樹脂を用いる平面化によって形成された。樹
脂は硬化屈折率１．５９の紫外線硬化性臭素化アクリレート配合物であり、等方
性の拡散を形成するためにアクリレート−ポリスチレンビードを添加した。平均
ビード径は約５μｍであり、ビードの屈折率は１．５４であった。剥離ライナは
、平面化および硬化中に適正な位置に配置された。最終的な物品は、図５Ａに示
されている分散層５００のとおりであった。重量で０％、３％、７％、１５％の
異なるビード添加レベルが、異なる量の等方性散乱を加味するために用いられた
。

【００４６】境界面に入射する角度は臨界角θ_cより大きいため、高屈折率層５０６と構造
体５０４との境界面に入射する光は、大部分は内部反射される。臨界角は、θ_c
＝ｓｉｎ^-1（ｎ_I／ｎ_H）で与えられ、式中、ｎ_Iは構造体５０４の屈折率、ｎ_Hは
、高屈折率層５０６の屈折率である。しかし、構造体５０４と高屈折率層５０６
との境界面に、吸収粒子の一部が存在してもよく、内部全反射が生じるのを妨げ
る。したがって、構造体５０４と高屈折率層５０６との境界面に入射する光の大
部分を内部全反射することができるが、光のわずかな部分は内部全反射されず、
部分的に反射または吸収されてもよい。境界面から反射される光は、内部反射さ
れていることを表す。内部反射は、２つの誘電材料の間の境界面から大部分は生
じる。

【００４７】垂直入射で光分散層５００の入射面に入射する平行化された光に関して、光分
散層５００の水平および垂直ゲインが、図６Ａおよび図６Ｂにそれぞれ示されて
いる。図６Ａにおいて、上部の曲線６０２，６０４は、ビード添加が０％である
場合の水平方向のゲインを示している。他の曲線６０６，６０８，６１０は、そ
ビード添加が３％、７％、１５％である場合の水平ゲインをそれぞれ示している
。等方性散乱のすべての値に関して約２０°でゲインが減少しており、約４０°
で中央以外のピークがあることがわかる。このようなピークは、構造体５０４に
よって内部反射される光であって、図４Ｂに示される方向「Ｂ」に放射される光
に対応する光によって生じる。減少および中央以外のピークは、ビード添加量が
少ない場合に、特に顕著であり、一般にスクリーンの作用に有害である。観察者
の好みは一般に、スクリーンの明るさに関して、視角が垂直入射表示から増大す
るときに、低い値まで減少してから角度が増大するにつれて再び上昇するより、
連続的に減少することである。また、分散層６００によって透過される光の量は
、ビード添加の割合によってあまり影響を受けないことがわかった。０％添加の
透過率は１０％未満、１５％添加の透過率が１０％以上であった。

【００４８】垂直ゲイン曲線の相当する設定値が図６Ｂに示されており、曲線６２２，６２
４，６２６，６２８，６３０は、それぞれ水平ゲイン曲線６０２，６０４，６０
６，６０８，６１０に対応する。等方性散乱量が増大するとき、垂直ゲインが減
少し、垂直視角が増大する。その結果として、水平ゲイン曲線が最も滑らかであ
る場合には、垂直視角は最も高い位置にある。分散層５００は、水平ゲインが滑
らかであることを保証するために高い程度の等方性散乱が必要であるという点で
、スクリーン４００と類似の問題を被ることを十分に理解されたい。しかし、こ
のスクリーンは面散乱ではなくバルク拡散を利用するため、この実施形態は、ス
クリーン４００に比べてスペックルおよび色分離を減少させるという利点があり
、光散乱特性に悪影響を及ぼすことなく、別の層に積層されることができる。

【００４９】光を分散するための内部反射構造体を利用するスクリーンのゲインにおける減
少部分および中央以外のピークの形成を減じるために、さまざまな対処法を用い
ることができる。これらの対処法のうちの一部は、スクリーンを通過する軸に対
して２つ以上の角度に置かれている反射面を提供する反射構造体を利用する。た
とえば、異なる構造体が異なる頂角を備えていてもよく、単独の構造体が切子面
状の反射面または湾曲した反射面を備えていてもよい。

【００５０】内部反射の分散層７００の具体的な一実施形態が、図７Ａに示されている。低
い屈折率材料から製作される光吸収構造体７０４は、基板７０２の面に配置され
る。水平方向および垂直方向に分散を生じるために、構造体７０４は、拡散ビー
ドを添加することができる高屈折率層７０６で上塗りされてもよい。開放領域７
０８が、構造体７０４の基部の間に置かれる。構造体の内部反射面７１０は、前
述の実施形態のように直線ではない。その代わりに、面７１０は湾曲している。
その結果、さしあたり任意の等方性分散を無視し、構造体７０４によって内部反
射される光は、異なる方向の範囲で開放領域７０８を通過する。これは、たとえ
ば図４Ａに図示された実施形態と対照を成し、内部反射される光は１つの方向に
あるクリア部分４１６を通過し、中央以外の大きなゲインのピークを生じる。

【００５１】これは、２つの隣接する構造体７０４の間の谷に入る平行光７１２を示してい
る図７Ｂに示されている。この例の構造体面７１０は放物線形状であるが、この
面には任意の適切な曲線を用いることができる。構造体７０４の上部に入射する
光の部分は、著しい視射角で反射され、次に比較的小さな角度によって偏向され
、角度α１で基板７０２から射出する。構造体７０４の基部７１４に近い面７１
０は、構造体７０４の上部以外の入射光の方向に対してさらに大きな角度に置か
れ、次に基部７１４に近い面７１０に入射する光は、より大きな角度で反射され
、角度α２＞α１で基板７０２から射出される。したがって、バルク拡散体によ
る等方性分散を考慮しない場合であっても、内部反射光は、一定の範囲の角度に
わたって分散層７００から射出し、中央以外のゲインピークを減じることができ
る。たとえば、さらに射出光を分散するために、高屈折率層７０６内部に配置さ
れた分散ビードによる等方性分散を用いてもよい。曲面７１０は一定の範囲の角
度にわたって射出光を分散するため、中央以外のピークを滑らかにし、減少部分
を排除するために拡散体に必要な分散の程度は減少する。したがって、垂直視角
の値を犠牲にする必要はほとんどない。

【００５２】別の具体的な実施形態が、図８Ａに示されている。ここでは、分散層８００は
、基板８０２の面に配置される光を吸収する内部反射構造体８０４から形成され
る。隣接する構造体８０４の間の谷は高い屈折率材料８０６で充填され、クリア
領域８０８が構造体８０４の基部８１２の間に置かれる。構造体８０４の内部反
射面８１０は、互いに異なる角度で置かれている２つ以上の直線部分または切子
面を含む。図示された具体的な例において、面８１０は、３つの直線部分８１０
ａ，８１０ｂ，８１０ｃから形成される。構造体基部にますます近い部分の場合
には、直線部分８１０ａ，８１０ｂ，８１０ｃへの光の入射角が増大する。した
がって、内部全反射される光は、バルク拡散または他の等方性分散がない場合で
あっても、一定の範囲の角度にわたって基板８０２から射出される。したがって
、直線部分を有する面８１０を含む構造体は、一定の範囲の角度にわたって、光
を水平に発散するように形成されてもよいため、水平ゲイン分布における減少部
分および中央以外のピークの両方の影響を減じることができる。したがって、こ
の実施形態では、等方性分散を生じるための必要条件は緩和されるため、垂直視
角の値を犠牲にする必要はほとんどない。

【００５３】このような具体的な実施形態および類似の実施形態において、偏向せずに内部
反射される光が等間隔または段階的に増大する角度で高い屈折率材料から射出す
るように、各切子面の角度を選択することができる。さらに、異なる角度で射出
する光の量を等しくするように、または増大する射出角に関して段階的に小さく
なるように、または他の選択された特性を備えるように、各切子面の長さを選択
してもよい。この実施形態により、適切な拡散体が基部８１２または高屈折率材
料８０６全体の間に形成される場合には、ゲイン分布の減少部分および中央以外
のピークを実質的に排除することができる。

【００５４】これは、概略的な形態で２つの切子面を有する構造体８１０によって形成され
る反射面８２０ａ，８２０ｂを示す図８Ｂにさらに図示される。図は、反射面８
２０ａ，８２０ｂ上の異なる点で入射する３つの光線８２２，８２４，８２６に
よって取られる経路を示している。反射面８２０ａ，８２０ｂのそれぞれの水平
範囲は、それぞれｗ１，ｗ２である。ｗ１，ｗ２の値は等しくてもよく、または
異なるように設定されてもよいため、各反射面８２０ａ，８２０ｂは異なる量の
入射光を遮断する。

【００５５】第１の光線８２２は、上方反射面８２０ａの上端に入射し、角度β１で高屈折
率材料８０６の下面８２８を通過する。第２の光線８２４は、上方反射面８２０
ａの下端に近い部分で入射、上方反射面８２０ａから下方反射面８２０ｂに反射
され、下方反射面８２０ｂから高屈折率材料８０６の下面８２８を通過する。光
は、β１より大きい角度β２で射出される。第３の光線８２６は、下方反射面８
２０ｂに直接入射し、β３より大きい角度β３で高屈折率材料８０６の下面８２
８を通って射出するように反射する。

【００５６】当然のことながら、光は、偏向しないスクリーン８００を通過してもよい。し
たがって、２つの切子面のみを有する構造体を備えたフィルムは、拡散体または
散乱体の影響を考慮することなく、４つの異なる方向に射出する光を形成する。
軸以外のピークを低減させ、ゲインの減少を排除するために、これらの方向のそ
れぞれに光を発散するように拡散体または散乱体を用いてもよい。

【００５７】図７Ａおよび図８Ａに示される実施形態によって生じる重要な利点は、光が構
造体によって効率的に焦点を結ぶことであり、その結果、隣接する構造体の間の
クリア空間を小さくすることができる。したがって、スクリーン上のクリア領域
を小さくすると同時に、スクリーン上の黒い領域が増大する。そのため、全体の
透過率または視角を減じることなく、全体のスクリーンコントラストを増大させ
ることができる。

【００５８】構造体の傾斜は、構造体の上部で最も大きく、構造体基部に近い位置で最も小
さい必要はない。その代わり、構造体の傾斜、すなわち基板または構造体基部に
対する構造体の面の角度を、構造体の上部により近い構造体面の場合には小さく
、構造体基部により近い面の場合には大きくしてもよい。

【００５９】別の具体的な実施形態が図９に示されており、多数の光吸収内部反射構造体９
０４が基板９０２上に設けられる。隣接する構造体９０４の間の谷は高屈折率材
料９０６で充填され、クリア領域９０８は構造体９０４の基部９１２の間に置か
れる。構造体は、平坦な反射面９１０であってもよいが、面９１０はまた、湾曲
していてもよく、または直線部分を含んでいてもよい。異なる構造体の場合には
、異なる頂角が用いられる。たとえば、構造体９０４ａ，９０４ｂ，９０４ｃ，
９０４ｄの頂角は、すべて異なる。中央以外のゲインピークの部分およびゲイン
の減少部分は、内部反射構造体の頂角に左右される。したがって、分散層９００
は異なる頂角を有する構造体９０４を備えているため、等方性分散が無視される
場合には、内部反射される光は、一定の範囲の方向にわたって基板９０２から射
出される。このように、この実施形態では、中央以外のゲインピークおよび減少
部分の有害な影響を減じることができ、等方性分散を生じるための必要条件が緩
和される。したがって、垂直視角の値を犠牲にする必要はほとんどない。

【００６０】図７Ａおよび図８Ａに示される実施形態と異なり、各構造体９０８の反射面は
入射光に対して１つの角度のみを提供するため、光は１つの角度でのみ、その構
造体から射出される。しかし、異なる頂角を有する複数の構造体を覆うほど十分
に大きい単一の画素からの光を観察者の眼が、認識するほど十分に小さく構造体
９０８を製作してもよいため、組合せ効果は、一定の範囲の角度にわたって、各
画素から光を射出することである。

【００６１】増大した頂角により、光が高屈折率層９０６と基板９０２との間の境界面を通
過するとき、構造体９０４の上部で反射される光が構造体基部からより大きな距
離だけ移動することになる。したがって、構造体９０８の上部から反射される光
が第２の反射をすることなく通過することができるように、１組の隣接する構造
体９０４の間のクリア空間９０８の幅ｄを選択することが好ましい。したがって
、構造体９０４ｃ，９０４ｄの間の間隔は、光線９１４，９１６がその間のクリ
ア領域９０８ａを通過することができるように選択される。反射面９１０への入
射角は第１の反射より大きいため、反射面からの第２の跳ね返りは臨界角より小
さい角度であってもよく、吸収損失を生じることから、第２の内部反射は問題を
はらんでいる。さらに、高屈折率材料層９０６に拡散粒子が添加されている場合
には、第２の内部反射は、さらなる損失を生じる恐れがある高屈折率材料層９０
６内部の経路長を増大する。

【００６２】他方、スクリーンのコントラストはスクリーンの表示面上の吸収基部の小さな
領域に左右されるため、構造体が接近するように配置される場合には、スクリー
ンのコントラストを増大することができる。したがって、構造体のアスペクト比
に応じて隣接する構造体間のピッチを変更してもよい。構造体基部に近いクリア
領域を交差する光を生じるアスペクト比を有するそれらの構造体、たとえばより
小さな頂角を有する構造体の場合には、構造体間の間隔を小さくしてもよい。ま
た、構造体のアスペクト比が構造体基部からさらにクリア領域を交差する光を生
じる場合には、たとえば、さらに大きな頂角を有する構造体は、構造体間の間隔
を大きくしてもよい。

【００６３】構造体間の間隔またはピッチは、一定であるように選択してもよく、または異
なる構造体間で変化するようにしてもよい。たとえば、異なる構造体の場合には
、構造体間の間隔は不規則であってもよい。構造体間の間隔が不規則であるフィ
ルムは、フィルムを通過する光透過率を最適化するために、不規則な間隔に応じ
て、構造体頂角を選択してもよい。

【００６４】構造体９０４のパターンが一定の周期でないため、この実施形態は、モアレ縞
を緩和するために有用であると思われる。モアレ縞は、表示されるパターンの周
波数（たとえば、画素サイズに関連する画像装置のピッチ）の２倍未満であるサ
ンプリング周波数（スクリーンピッチ）の結果として生じる干渉縞である。モア
レ縞を生じる別のメカニズムは、サンプリング周波数（スクリーンピッチ）およ
び画像周波数が互いにきわめて近い場合であり、その結果互いにうなりを生じる
。モアレ縞を排除するため、または少なくともモアレ縞を見えにくくする１つの
方法は、スクリーン周波数が画素周波数よりはるかに大きくなるように、スクリ
ーンのピッチを小さくすることである。したがって、構造体間隔の周期を画素の
サイズより小さくなるように選択する場合には、モアレ縞を緩和することができ
る。また、異なる構造体の間隔が異なる、たとえば不規則である場合にも、モア
レ縞を緩和することができる。

【００６５】別の実施形態が、図１０に示されている。分散層１０００は、基板１００２の
面上に配置されている内部反射構造体１００４を含む。構造体１００４は比較的
低い屈折率の材料から形成され、比較的高い屈折率の層１００６は構造体１００
４の間の谷を充填する。各構造体１００４の基部１００５は、分散層１０００に
よって形成されるコントラストを強化するために、光吸収材料を含む。各構造体
１００４の残りの部分は、光吸収材料を含む必要はない。

【００６６】また、画像光源とスクリーンとの間の軸に平行であるようにするため、または
画像光源と光分散層トの間で伝搬する光を少なくとも部分的に再指向するために
、光分散層１０００には、画像光源からの光を平行光線化するためのフレネルレ
ンズを設けてもよい。第１の面にフレネルレンズを用いてもよいが、この対処法
は先に述べたような問題を生じる。

【００６７】埋込み型フレネルレンズを用いる別の対処法が、図１０に示されている。埋込
み型フレネルレンズは、１９９９年１月１３日に出願された米国特許出願番号第
０９／２２９１９８号にさらに詳細に説明されている。当該特許は、参照によっ
て本願明細書に引用されるものとする。フレネルレンズの射出面における屈折に
よって、光を実質的に平行光線化または再指向することができるようにするため
に、埋込み型フレネルレンズは、比較的高い屈折率材料から形成され、比較的低
い屈折率材料に埋込まれる。したがって、この実施形態は、高屈折率層１００６
の上方に配置される比較的低い屈折率材料の層１０２０を含む。低屈折率材料層
１０２０の上に埋込まれるフレネルレンズの面１０２４を備えたフレネルレンズ
１０２２は、低屈折率材料層１０２０の上方に配置される。

【００６８】本発明に関して、空気中に第２の面を有するフレネルレンズを用いることがで
きる。米国特許出願番号第０９／２２９１９８号に説明されているように、その
ようなフレネルレンズは一般に、光の軸外の反射から生じるゴースト画像の問題
を被る。本発明によって提供される１つの具体的な利点は、軸外のゴースト画像
光が臨界角より小さい角度で構造体に入射してもよく、この場合には図２１Ａに
示されているように、ゴースト画像は吸収されることである。迷光２１１０は、
臨界角より小さい角度で構造体２１０４に入射するため、光の一部が吸収される
構造体２１０４の中に入る。構造体２１０４は、構造体２１０４の中への光の経
路を示すために、陰線を施して描かれる。光２１１０の別の部分が吸収される場
合には、光２１１０の一部は、光線２１２２として反射されてもよく、別の構造
体２１０４ａにさらに入射してもよい。したがって、スクリーンの入射が和に入
る迷光を吸収するために、この構造体を用いてもよい。

【００６９】別の利点は、スクリーンから入射面を通ってゴースト画像を反射することがで
き、ゴースト画像が観察者にまったく伝搬しないことである。これは図２１Ｂに
示されており、迷光２１２０は２つの構造体２１０４の間で複数回反射し、スク
リーンの観察者側から離れるように指向されているため、構造体２１０４の間の
クリア領域２１０８を通って伝搬しないことを示している。したがって、この構
造体は、スクリーンの入射側に入る迷光を再指向するためにももちいることがで
きる。

【００７０】したがって、フレネルレンズの利用によって生じるゴースト画像を除去するた
めに、本発明を用いることができる。また、スクリーンの入射側からスクリーン
の観察者側まで伝搬する迷光の量を低減する場合にも本発明は有用であると思わ
れる。

【００７１】本願明細書に記載される別の実施形態に関して、第１の面および第２の面のフ
レネルレンズ、埋込み型フレネルレンズおよび空気中に第２の面を有するフレネ
ルレンズの両方をはじめとするフレネルレンズを用いることができることは、十
分に理解すべきである。

【００７２】反射構造体および光吸収構造体は、異なる幾何学パターンであってもよく、ま
た２つ以上の方向に光を分散するような形状であってもよい。第一に、図６Ａに
示された実施形態の斜視図であり、明確にするため、高屈折材料の層がない状態
の図１１に示される構成を考える。構造体６０４は平行に配置されてリブ状の構
成を形成し、光をｘ方向のみに分散するような形状である。たとえば、光線１１
０２は、偏向されることなく基板を通過し、光線１１０４は面６１０から反射さ
れ、ｘ軸に平行である方向成分に関してｘ−ｚ平面内に伝搬する。

【００７３】構造体６０４が直線である必要はなく、所望の方向に光を指向するために湾曲
していてもよい。

【００７４】別の実施形態が図１２に示されており、基板１２０２は１つの面１２０６上に
配置された構造体１２０４を有する。高屈折率材料の層を構造体１２０４および
基板の上方に配置してもよいが、説明を簡略化するため、これは示されていない
。構造体１２０４の間にクリア領域１２０８があり、構造体１２０４によって反
射された光が基板１２０２の中に入る。光がそれぞれｘ方向成分およびｙ方向成
分を備えて進むように、構造体１２０４は、光を２つの方向、すなわちｘ−ｚ平
面内およびｙ−ｚ平面内に分散するような形状である。光線１２１０はクリア領
域１２０８に直接入射し、反射することなく基板の中に入る。光線１２１２はｘ
方向に面する面１２１６のうちの１つから反射され、基板１２０２から射出し、
ｘ軸に平行な方向成分を備え、ｘ−ｚ平面に伝搬する。光線１２１４はｙ方向に
面する面１２１８のうちの１つから反射され、基板１２０２から射出し、ｙ軸に
平行な方向成分を備え、ｙ−ｚ平面に伝搬する。したがって、構造体は、ｘ方向
およびｙ方向の両方に沿って光を反射するように指向される反射面を備えるよう
な形状であってもよい。

【００７５】ｘ方向およびｙ方向において異なる量の分散を形成するために、１つの方向に
おける面の角度は、別の方向における面の角度とは異なっていてもよい。たとえ
ば、構造体１１０４は、ピラミッド形状であってもよく、ｘ方向およびｙ方向に
分散するために異なる設定の角度を備えていてもよい。このことは、図１３Ａお
よび図１３Ｂに示されている。図１３Ａは、ｘ軸に平行である分散層１２００の
断面図を示している。中央以外のピークおよびゲインの減少部分の影響を緩和す
るために、図９に関して上述したのと同様に、３つの構造体１２０４は、３つの
異なる頂角θ_1x，θ_2x，θ_3xを備えることができる。さらに、光をｙ方向に分散
するために、構造体は異なる頂角を備えることができる。図１３Ｂは、ｙ軸に平
行である分散層１２００の断面図を示している。中央以外のピークおよびゲイン
の減少部分の影響を緩和するために、構造体１２０４は、異なる頂角θ_1y，θ_2y ，θ_3y，θ_4y，θ_5yを備えることができる。当然のことながら、構造体１２０４
はまた、中央以外のピークおよびゲインの減少部分の影響を緩和するために、湾
曲した反射面、直線部分を有する反射面を備えていてもよいことは、十分に理解
されると思われる。

【００７６】図１２の構造体１２０４は、ｘ方向およびｙ方向にストライプの「市松」模様
を有するクリア領域１２０８を形成するために配置される。構造体の位置は異な
っていてもよく、クリア領域の異なるパターンを生じる結果となる。たとえば、
図１４において、構造体１４０４は、その基部の角同士が接触するように、基板
１４０２上に配置される。この結果、市松模様に似たクリア領域１４０８のパタ
ーンを生じ、画像光源からの光の正味のスループットを減少させることなく、ス
クリーンのコントラストを増大させるという利点を提供することができる。構造
体の他の空間的な構成を用いてもよいことは、十分に理解されるべきである。

【００７７】図１２および図１４に示された形状以外の形状の２次元構造体を用いてもよい
ことは、十分に理解されると思われる。たとえば、矩形の基部、他の４面を持つ
有用な形状の基部を有するように、構造体を形成してもよい。さらに、３，５，
６をはじめとする他の数の面を有する基部を備えるように、構造体を形成しても
よい。

【００７８】光分散層の別の実施形態が、図１５に示されている。分散層１５００は、基板
１５０２の面上に配置される光吸収構造体および内部反射構造体１５０４から形
成される。隣接する構造体１５０４の間の谷は高屈折率材料１５０６で充填され
、クリア領域１５０８が構造体１５０４の基部１５１２の間に置かれている。構
造体１５０４の内部反射面１５１０は直線であってもよい。高屈折率材料１５０
６の被覆は、次第に増大する屈折率の層１５０６ａ，１５０６ｂ，１５０６ｃを
含む。層１５０６ａ，１５０６ｂ，１５０６ｃは、２つ以上の方向から反射光を
広げ、その光が焦点を結ぶように作用するため、隣接する構造体１５０４間のク
リア領域のサイズを小さくすることができ、スクリーンコントラストを増大させ
る。

【００７９】第１の光線１５１４は、第１の高屈折率層１５０６ａ内の反射面１５１０から
反射される。光線１５１４は、第１の高屈折率層１５０６ａより屈折率の高い第
２の高屈折率層１５０６ｂの中に入るときに、スクリーンの軸１５２０に平行な
方向に屈折される。第１の光線１５１４は、基板１５０２の中に入る前に第３の
高屈折率層１５０６ｃの中に入るときに、スクリーンの軸１５２０に対してさら
に屈折される。

【００８０】第２の光線１５１６は、第２の高屈折率層１５０６ｂ内の反射面１５１０から
反射される。光線１５１６は、第２の高屈折率層１５０６ｂより屈折率の高い第
３の高屈折率層１５０６ｃの中に入るときに、スクリーンの軸１５２０に平行な
方向に屈折される。次に、第２の光線１５１６は、基板１５０２の中に入る。

【００８１】第３の光線１５１８は、第３の高屈折率ペイヤ１５０６ｃ内の反射面１５１０
から反射され、基板１５０２に入る前に、高屈折率層１５０６内でさらに屈折す
ることはない。第３の光線１５１８は、高屈折率層１５０６内で屈折しなかった
ために、第２の光線１５１６より高い角度で基板１５０２から射出される。また
、第２の光線１５１６は、第１の光線１５１４より屈折が小さいため、第１の光
線１５１４より高い角度で基板から射出される。

【００８２】したがって、直線の反射面を有する構造体１５０４から反射される光を広げる
ために、積層された高屈折率材料１５０６を用いてもよい。このようにすること
で、軸外ゲインピークおよびゲインの減少部分を緩和する。当然のことながら、
切子面、湾曲した反射面を有する反射構造体に関しても、積層された高屈折率材
料を用いてよい。さらに、積層された高屈折率材料１５０６の効果は、スクリー
ンの軸１５２０に対して光を指向するため、構造体基部１５１２の間隔を小さく
することができ、スクリーンコントラストの増大を伴う。

【００８３】屈折率が上部から下部へ減少するのではなく、上部から下部へ減少する場合に
は、積層された高屈折率材料を用いてもよい。そのような積層された高屈折率層
はまた、平坦な反射面から反射される光の角度範囲を増大させる効果があると推
測される。しかし、そのような層は、光が伝搬するときに焦点を結ぶのではなく
、光の焦点をぼかす傾向があると推測されるため、反射構造体は、隣接する構造
体からの第２の反射を回避するためにさらに遠くへ広げる必要があると考えられ
ることから、コントラストを減少させることができる。

【００８４】上部から下部へ徐々に変化する屈折率を有する高屈折率材料が積層された高屈
折率材料と同様に作用することは、十分に理解されるべきである。したがって、
フィルム１５００の積層された高屈折率材料は、徐々に変化する高屈折率層によ
って取って代わられてもよい。

【００８５】本発明は、水平視角および垂直視角の相互依存を緩和するために特に有用であ
るため、垂直分散面に光を分散するために、面散乱体を用いてもよい。一例が図
１６に示されており、上部基板面の上にある構造体１６０４がクリア領域１６０
８によって離隔されている基板を有するフィルム１６００を示している。高屈折
率材料の保護被覆１６０６は、構造体１６０４およびクリア領域１６０８を被覆
する。保護被覆１６０６と基板との間に屈折率の差がある場合には、構造体基部
１６１２の間のクリア領域１６０８における保護被覆１６０６と基板１６０２と
の間の境界面１６１４は、クリア領域１６０８を通過する光を光学的に散乱する
ような構造を備えていてもよい。たとえば、光を等方的に散乱する不規則な艶消
し面、または微小構造または微小ホログラフィを有する境界面などの光を非対称
に散乱する面を備えていてもよい。面散乱体を形成する方法の一例は、構造体１
６０４の形成前に、基板１６０２上に散乱面を形成することである。次に、基板
の屈折率と厳密に整合する屈折率を備えるように、構造体１６０４が基板１６０
２上に形成される場合には、屈折率整合によって、構造体１６０４の基部で散乱
体を効率的に除去し、構造体基部間のクリア領域１６０８においてのみ面散乱体
を残すと推測される。この対処法の利点は、観察者の側から基板に入射する周辺
光が、吸収基部１６１２に入射する前に散乱されることである。

【００８６】面散乱体を用いる別の例が図１７に示されており、構造体１７０４と、構造体
基部１７１２間のクリア領域１７０８と、を被覆する高屈折率材料の保護被覆１
７０６を備えた基板１７０２上の低屈折率構造体１７０４を有するフィルム１７
００を示している。基板１７０２の下面１７１４は、基板１７０２から射出する
光を光学的に散乱する構造を備えていてもよいたとえば、下面１７１４は、光を
等方的に散乱する不規則なつや消し面を備えていてもよく、または微小構造また
は微小ホログラフィを有する面などの光を非対称に散乱する面を備えていてもよ
い。

【００８７】開放領域で用いられる微小構造面の具体的な一例が、図２２に示されている。
ここでは、光を吸収する低屈折率材料の構造体２２０４が、基板２２０２の上方
に配置される。比較的高い屈折率の被覆２２０６は、構造体２２０４と、構造体
２２０４間の開放領域２２０８の上に重なっている。屈折構造体２２１０は、開
放領域を通過する光を屈折するために、開放領域２２０８において基板２２０２
の上部分に配置される。屈折構造体２２１０は、たとえば、基板に埋込まれたレ
ンチキュラーレンズであってもよい。屈折構造体２２１０はまた、２つ以上の分
散面に光を発散するレンズレットとして形成されてもよい。レンズレット屈折構
造体２２１０は、たとえば、構造体２２０４から生じる反射分散と同一の方向に
水平分散面に光を発散するためのほか、垂直分散面に光を分散するために用いる
ことができる。

【００８８】光分散層１８００の別の実施形態が図１８に示されており、内部反射構造体の
形状が、スクリーンの中心からの距離の関数として変化する。ここでは、源１８
２０は、画像光を高屈折率材料の層１８０６に埋込まれた低屈折率材料の複数の
構造体１８０４を有する光分散層１８００に向かって指向する。構造体１８０４
はまた、スクリーンに対するコントラストを形成するために、光吸収材料を含ん
でいてもよい。

【００８９】構造体１８０４は、スクリーンから射出される光の発散を緩和するような形状
であってもよい。リブ、オフセット型ピラミッドとして構造体１８０４を形成し
てもよく、またはスクリーンの中央を中心とした輪のような放射方向に対称であ
る設計に形成してもよい。

【００９０】構造体１８０４に入射する光が内部全反射を受けるため、構造体１８０４の間
の開放空間１８０８を通って指向されるように、構造体１８０４と高屈折率層１
８０６との間の屈折率の差を選択する。図１９に関して説明される一実施形態に
おいて、前縁１８０４ａを角度θ_Lが５°であるように構造体を設定する。高屈
折率層１８０６を通って構造体１８０４の上部を通過するだけの光線に平行であ
るように、後縁１８０４ｂを設定してもよい。この角度では、スクリーンの中央
から離れる方向に内部反射される光はないため、スクリーンからの光の発散全体
が緩和される。

【００９１】高いスクリーン解像度を維持するために、構造体１８０４の間隔は、スクリー
ン画素サイズより小さいことが好ましい。さらに多くの光を吸収する領域がスク
リーンの表示側に設けられるため、開放空間１８０８の全領域を縮小することに
より、スクリーンコントラストを増大する。しかし、構造体１８０４を密接すぎ
るように設定する場合には、１つの構造体１８０４の前縁１８０４ａから反射さ
れる光を隣接する構造体１８０４の後縁１８０４ｂの中に反射する可能性がある
ため，光の損失が生じる。したがって、スクリーン透過率とスクリーンコントラ
ストとの間に相殺関係がある。

【００９２】本発明のフィルム製作の別の方法が、図２０Ａ〜図２０Ｃに関連して示されて
いる。第一に、図２０Ａに示されているようなグルーブ付きのフィルム２０００
が、比較的高い屈折率を有する材料から形成される。注型硬化工程を用いてフィ
ルム２０００を形成してもよい。熱硬化であっても光硬化であってもよい。フィ
ルム２０００の下側のグルーブ２００２は、平坦な面２００４によって隔てられ
、ランドとしても周知である。

【００９３】平坦な面２００２は、拡散体２００６の層で被覆される。拡散体２００６の層
は、図２０Ｂに示されている仕上げ前の物品を製作するために、上記と類似のバ
ルク拡散体であってもよい。たとえば、リソグラフィ印刷、凸版印刷またはオフ
セット印刷などの印刷工程を用いて、拡散体２００６を平坦な面２００２の上に
被覆することができる。

【００９４】図２０Ｃに示されているように、低屈折率構造体２００８を形成するために、
一旦、拡散体２００６を塗布すると、グルーブ２００２が、一般に平面化工程に
おいて比較的低い屈折率材料で充填される。低屈折材料の薄いランドを形成する
ために、平坦な面２００４に吸収材料を添加した低屈折率材料の薄層２０１０を
残してもよい。

【００９５】反射分散スクリーンフィルムの製作方法の別の実施形態が、図２３に示されて
いる。第１のステップは、ステップ１で示されるフィルムを製作するために、た
とえば、上述した注型硬化工程を用いて、基板２３０２上に複数の構造体２３０
４を形成することである。次に、除去可能な材料の保護被覆が、構造体２３０４
および基板２３０２の上方に塗布される。除去可能な材料は、フォトレジストな
どのポリマーまたは、たとえばウエットエッチバック、レーザアブレーションま
たはドライエッチなどの制御された方法で除去可能な別のポリマーであってもよ
い。ポリマーを除去するためのさらなるエッチバック工程の例は、米国特許出願
番号第０８／９９９，２８７号で説明され、当該特許は参照によって本願明細書
に引用されるものとする。次に、ステップ２および３で示されているように、ク
リア領域２３０８を覆っている隣接する構造体２３０４の間の谷の底部に部分２
３１０のみを残すために、制御された方法で除去可能な材料を除去することがで
きる。

【００９６】次いで、たとえば、真空めっきによってフィルム２３００の上方に金属被覆２
３１２を配置することができる。金属は、アルミニウム、または特定の用途に適
した反射特性の任意の他の金属であってもよい。生じたフィルムが、ステップ４
で示されている。

【００９７】次に、たとえば、リフトオフ工程において、残りの除去可能な材料２３１０を
除去することができる。たとえば、除去可能な材料がフォトレジストである場合
には、水酸化ナトリウム浴または噴射において、残りのフォトレジスト部分をを
除去することができる。他のタイプの除去可能な材料の場合には、適切な溶剤を
用いて、残りの部分２３１０を除去することができる。続いて、たとえば、平面
化工程を用いて、金属被覆された構造体２３０４および開放領域２３０８の上方
に保護被覆層２３３４を配置することができる。構造体２３０４上に被覆された
金属部分２３３２を備えた完成フィルム２３３０が、ステップ５に示されている
。

【００９８】上述した他の実施形態のいずれに関しても、図２３に示されているような金属
被覆を用いることができる。適用可能である場合には、実施形態の異なる組合せ
も可能である。

【００９９】さまざまな実施例が上記に提供されたが、本発明は例示の実施形態の特性に限
定されるわけではない。たとえば、多くの実施形態は基板層に関して説明された
が、基板層がなく、内部反射構造体を高屈折率層の中に埋込むことができる。他
方、内部反射光分散層は背面投射スクリーンに用いられるさまざまの層のうちの
１つに過ぎない場合もある。さらに、たとえば第１の構造体から第２の構造体に
光が反射されてもよく、構造体家のクリア領域を通過する前に第２の構造体から
光が反射されてもよいなど、フィルムを通過するときに光が２回以上の反射して
もよいことを十分に理解されたい。構造体と高屈折率層との間の屈折率の差が十
分に大きい場合には、第２の反射は内部全反射であってもよい。さらに、特に光
が境界面に達する前に拡散散乱した場合には、高屈折率材料と構造体との間の境
界面に臨界角未満の角度で内部反射が生じてもよい。そのような場合には、たと
え内部全反射が生じない場合であっても、依然として光の大部分を反射してもよ
い。

【０１００】フィルムに設けられる構造体が同一の高さであるように形成される必要がない
ことは、十分に理解されたい。また、光分散層および／またはスクリーンの外面
には、ハードコーティングおよび汚れ防止コーティングなどの物理的な損傷に対
する保護のための付加的なコーティングを施してもよいことは、十分に理解され
たい。さらに、反射損失を低減するために、外面に反射防止コーティングを設け
てもよい。

【０１０１】さらに、上記の対処法のさまざまな組合せを含むように、反射分散スクリーン
フィルムを形成してもよいことは、十分に理解されたい。たとえば、異なる隣接
する構造体ペアの間に異なる構造体間の間隔を有する切子面状の構造体を用いて
、内部反射スクリーンを形成してもよい。また、湾曲した反射面を有する構造体
上に、金属コーティングを形成してもよい。

【０１０２】上述したように、本発明は、光分散フィルムとしてディスプレイシステムに適
用することができる。背面投射ディスプレイおよびスクリーンに特に有用である
と考えられる。したがって、本発明は、上述の具体的な実施例に限定されると考
えるべきではなく、むしろ添付の特許請求の範囲に明確に記載されているように
、本発明のすべての態様を網羅すると理解すべきである。さまざまな修正、等価
な工程のほか、本発明を適用することができる多数の構造体は、本発明が本願明
細書の説明に関して定めたものから当業者には容易に明白となると考えられる。
特許請求の範囲は、そのような修正および装置を網羅することを意図している。

【図面の簡単な説明】

【図１】背面投射ディスプレイを示している。

【図２Ａ】背面投射ディスプレイの具体的な実施形態の断面図を示している。

【図２Ｂ】背面投射ディスプレイの具体的な実施形態の断面図を示している。

【図３】垂直角度および水平角度に関する視角に対してプロットされた光学的ゲインの
曲線を示している。

【図４Ａ】光分散型スクリーンの一実施形態を示している。

【図４Ｂ】光分散型スクリーンの一実施形態を示している。

【図５Ａ】異なる光分散層を示している。

【図５Ｂ】異なる光分散層を示している。

【図５Ｃ】部分的に製作された光分散層を示している。

【図６Ａ】図６Ａに示された光分散層のゲイン分布を示している。

【図６Ｂ】図６Ａに示された光分散層のゲイン分布を示している。

【図７Ａ】本発明の一実施形態による湾曲した反射構造体を有する光分散層を示している
。

【図７Ｂ】本発明の一実施形態による湾曲型反射構造体を有する光分散層を示している。

【図８Ａ】本発明の実施形態によるファセット型反射構造体を有する光分散層の実施形態
を示している。

【図８Ｂ】本発明の実施形態によるファセット型反射構造体を有する光分散層の実施形態
を示している。

【図９】本発明の実施形態による光分散層の異なる実施形態を示している。

【図１０】本発明の実施形態による光分散層の異なる実施形態を示している。

【図１１】本発明の実施形態による光分散層の別の実施形態を示している。

【図１２】２次元の光分散を備えた本発明の実施形態による光分散層のさらなる実施形態
を示している。

【図１３Ａ】図１２の光分散層の断面図を示している。

【図１３Ｂ】図１２の光分散層の断面図を示している。

【図１４】２次元の光分散を備えた本発明の実施形態による光分散層のさらなる実施形態
を示している。

【図１５】本発明の実施形態によるさまざまな屈折率を備えた上塗を有する光分散層の実
施形態を示している。

【図１６】本発明の実施形態による散乱界面を有する光分散層の実施形態を示している。

【図１７】本発明の実施形態による散乱面を有する光分散層の実施形態を示している。

【図１８】本発明による光分散層の別の実施形態を示している

【図１９】図１６に示された実施形態の低屈折率構造体の拡大図を示している。

【図２０Ａ】本発明によるフィルムの製作方法における製作ステップを示している。

【図２０Ｂ】本発明によるフィルムの製作方法における製作ステップを示している。

【図２０Ｃ】本発明によるフィルムの製作方法における製作ステップを示している。

【図２１Ａ】反射構造体による迷光の吸収を示している。

【図２１Ｂ】反射構造体による迷光の再指向を示している。

【図２２】本発明の実施形態による開放領域を通過する光を屈折するように位置決めされ
た屈折構造体を有する光分散層の実施形態を示している。

【図２３】本発明の実施形態による金属反射フィルムを形成するための方法のステップを
示している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者トーマス，パトリックアメリカ合衆国，ミネソタ 55133−3427，セントポール，ピー．オー．ボックス 33427 (72)発明者ネルソン，ジョンアメリカ合衆国，ミネソタ 55133−3427，セントポール，ピー．オー．ボックス 33427 (72)発明者ホダップ，テッドアメリカ合衆国，ミネソタ 55133−3427，セントポール，ピー．オー．ボックス 33427 (72)発明者チョウ，シン−シンアメリカ合衆国，ミネソタ 55133−3427，セントポール，ピー．オー．ボックス 33427 (72)発明者ポコーニー，リチャードアメリカ合衆国，ミネソタ 55133−3427，セントポール，ピー．オー．ボックス 33427 (72)発明者ラディヤス，ラグアメリカ合衆国，ミネソタ 55133−3427，セントポール，ピー．オー．ボックス 33427 Ｆターム(参考） 2H021 AA05 BA21 BA22 BA26 BA27 BA32 2H042 BA01 BA02 BA04 BA14 BA15 BA19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】背面投射スクリーン用の光分散フィルムであって、第１の屈折率を有する第１の材料から形成され、互いに反対側の第１および第
２面と該第１面に直交する光軸とを有する第１の層を具備し、前記第１の層が、第１の屈折率より小さい第２の屈折率を有する第２の材料か
ら形成される複数の構造体を含み、それら構造体が前記第２面に、前記第１面に
向かって延在する１つ以上の側壁を備えた複数の基部を有し、複数の第１内部反
射面が前記第１および第２の材料の間の境界面によって形成され、前記構造体基
部が光吸収材料を含み、前記第２面の複数の光透過領域が前記構造体基部の間に
形成され、前記複数の第１内部反射面が、個々の光透過領域を通して光を非対称に分散す
る複数の反射ユニットを形成し、該複数の第１反射面が、前記光軸に対して少な
くとも２つの角度で配置される複数の表面を形成する、光分散フィルム。
【請求項２】１つの前記第１内部反射面の少なくとも一部が湾曲している
、請求項１に記載のフィルム。
【請求項３】前記１つの第１内部反射面の前記湾曲部分が放物面である、
請求項２に記載のフィルム。
【請求項４】少なくとも１つの前記第１内部反射面が、前記光軸に対して
異なる角度で配置される２つ以上の直線部分を含む、請求項１に記載のフィルム
。
【請求項５】第１の隣接構造体ペアの間の第１の離隔距離が、第２の隣接
構造体ペアの間の第２の離隔距離とは異なる、請求項１に記載のフィルム。
【請求項６】内包角が前記構造体のそれぞれに関して規定され、異なる構
造体が異なる内包角を有する、請求項１に記載のフィルム。
【請求項７】前記複数の第１内部反射面は、前記第１の層の内部で前記光
軸に略平行な方向に伝搬する光を反射するように配置され、反射した該光が第１
分散面に実質的平行な方向に伝搬し、前記複数の構造体は、前記第１の層の内部
で前記光軸に略平行な方向に伝搬する光を、前記第１分散面に直交する第２分散
面に平行な方向に反射するように方向付けされる複数の第２内部反射面を有する
、請求項１に記載のフィルム。
【請求項８】前記第２の材料が光吸収材料である、請求項１に記載のフィ
ルム。
【請求項９】前記複数の構造体が、実質的に前記第１の層の幅全体にわた
って延在している平行部材として該第１の層に形成される、請求項１に記載のフ
ィルム。
【請求項１０】前記第１の層が、前記第２面の前記複数の光透過領域に隣
接して位置決めされる複数の拡散部分を含む、請求項１に記載のフィルム。
【請求項１１】前記複数の拡散部分が、前記第２面に散乱面を有して、前
記複数の光透過領域を通って伝播する光を散乱させる、請求項１０に記載のフィ
ルム。
【請求項１２】前記複数の拡散部分が、前記第１の層内へ少なくとも途中
まで前記第２面から延在しているバルク拡散部分を含む、請求項１０に記載のフ
ィルム。
【請求項１３】光拡散粒子群が前記第１の材料の全体に配置される、請求
項１に記載のフィルム。
【請求項１４】前記第１の層の前記第２面に取着される基板層をさらに含
む、請求項１に記載のフィルム。
【請求項１５】前記複数の第１内部反射面は、前記第１の層の内部で前記
光軸に略平行な方向に伝搬する光を、第１分散面に実質的平行な方向に反射する
ように配置され、前記基板層の少なくとも１つの前記表面が、前記第１分散面に
直交する第２分散面に少なくとも平行な方向に光を分散するように構成される、
請求項１に記載のフィルム。
【請求項１６】前記第１の層の前記第１面に入射する光の発散を緩和する
ように配置されたフレネルレンズをさらに具備する、請求項１に記載のフィルム
。
【請求項１７】画像光を用いて前記第１の層の前記第１面を照射するよう
に配置された画像光源をさらに具備する、請求項１に記載のフィルム。
【請求項１８】複数の異なる構造体が、構造体頂点を前記画像光源に向け
て方向付けして配置される、請求項１７に記載のフィルム。
【請求項１９】前記第１の層の縁部に近接して配置される複数の構造体が
、構造体頂点を前記スクリーンの縁部から離れるように方向付けして配置される
、請求項１に記載のフィルム。
【請求項２０】少なくとも１つの反射ユニットは複数の反射面を有し、そ
れら反射面は、該少なくとも１つの反射ユニットの前記光透過領域を光が通過す
る前に、該少なくとも１つの反射ユニットの１つの該反射面に入射する光を、２
回以上、前記第１の光軸に実質的平行な方向に反射するように配置される、請求
項１に記載のフィルム。
【請求項２１】背面投射スクリーン用の光分散フィルムであって、第１の屈折率を有する第１の材料から形成され、互いに反対側の第１および第
２面と該第１面に直交する第１光軸とを有する第１の層を具備し、前記第１の層が、前記第１の屈折率より小さい第２の屈折率を有する第２の材
料から形成される複数の構造体を含み、それら構造体が前記第２面に、前記第１
面に向かって延在する１つ以上の側壁を備えた基部を有して、複数の第１反射面
を形成し、前記構造体基部が光吸収材料を含み、前記第２面の複数の光透過領域
が前記構造体基部の間に形成され、前記複数の第１反射面が、個々の光透過領域を通して光を非対称に分散する複
数の反射ユニットを形成し、該複数の第１反射面が、分散面内の選択された方向
に光を反射するように配置される、光分散フィルム。
【請求項２２】１つの前記第１反射面の少なくとも一部が湾曲している、
請求項２１に記載のフィルム。
【請求項２３】前記１つの第１反射面の前記湾曲部分が放物面である、請
求項２２に記載のフィルム。
【請求項２４】少なくとも１つの前記第１反射面が、前記光軸に対して異
なる角度で配置される２つ以上の直線部分を含む、請求項２１に記載のフィルム
。
【請求項２５】第１の隣接構造体ペアの間の第１の離隔距離が、第２の隣
接構造体ペアの間の第２の離隔距離とは異なる、請求項２１に記載のフィルム。
【請求項２６】内包角が前記構造体のそれぞれに関して規定され、異なる
構造体が異なる内包角を有する、請求項２１に記載のフィルム。
【請求項２７】前記複数の第１反射面が、前記第１の層の内部で前記光軸
に略平行な方向に伝搬する光を内部反射するように配置され、反射した該光が第
１分散面に実質的平行な方向に伝搬する、請求項２１に記載のフィルム。
【請求項２８】前記複数の構造体が、前記第１の層の内部で前記光軸に略
平行な方向に伝搬する光を、前記第１分散面に直交する第２分散面に平行な方向
に反射するように方向付けされる複数の第２反射面を有する、請求項２７に記載
のフィルム。
【請求項２９】前記第２の材料が光吸収材料である、請求項２１に記載の
フィルム。
【請求項３０】前記複数の構造体が、実質的に前記第１の層の幅全体にわ
たって延在している平行部材として該第１の層に形成される、請求項２１に記載
のフィルム。
【請求項３１】前記第１の層が、前記第２面の前記複数の光透過領域に位
置決めされる複数の拡散部分を含む、請求項２１に記載のフィルム。
【請求項３２】前記複数の拡散部分が、前記第２面に散乱面を有して、前
記複数の光透過領域を通って伝播する光を散乱させる、請求項３１に記載のフィ
ルム。
【請求項３３】前記複数の拡散部分が、前記第１の層内へ少なくとも途中
まで前記第２面から延在しているバルク拡散部分を含む、請求項３１に記載のフ
ィルム。
【請求項３４】光拡散粒子群が前記第１の材料の全体に配置される、請求
項３１に記載のフィルム。
【請求項３５】前記第１の層の前記第２面に取着される基板層をさらに含
む、請求項２１に記載のフィルム。
【請求項３６】前記複数の第１反射面は、前記第１の層の内部で前記光軸
に略平行な方向に伝搬する光を、第１分散面に実質的平行な方向に反射するよう
に配置され、前記基板層の少なくとも１つの前記表面が、前記第１分散面に直交
する第２分散面に少なくとも平行な方向に光を分散するように構成される、請求
項３５に記載のフィルム。
【請求項３７】前記第１の層の前記第１面に入射する光の発散を緩和する
ように配置されたフレネルレンズをさらに具備する、請求項２１に記載のフィル
ム。
【請求項３８】画像光を用いて前記第１の層の前記第１面を照明するよう
に配置された画像光源をさらに具備する、請求項２１に記載のフィルム。
【請求項３９】複数の異なる構造体が、構造体頂点を異なる方向に向けて
配置される、請求項２１に記載のフィルム。
【請求項４０】背面投射スクリーン用の光分散フィルムであって、第１の屈折率を有する第１の材料から形成され、互いに反対側の第１および第
２面と該第１面に直交する第１光軸とを有する第１の層を具備し、前記第１の層が、前記第１の屈折率より小さい第２の屈折率を有する第２の材
料から形成される複数の構造体を含み、それら構造体が前記第２面に、前記第１
面に向かって延在する１つ以上の側壁を備えた複数の基部を有して、複数の第１
反射面を形成し、前記構造体基部が光吸収材料を含み、前記第２面の複数の光透
過領域が前記構造体基部の間に形成され、前記複数の第１反射面が、前記光軸に対して２つ以上の角度で配置される複数
の表面を形成し、前記複数の第１反射面によって反射されるすべての光が、複数の誘電−誘電境
界面で反射される、光分散フィルム。
【請求項４１】少なくとも１つの前記第１反射面が湾曲している、請求項
４０に記載のフィルム。
【請求項４２】少なくとも１つの前記第１反射面が、前記光軸に対して異
なる角度で配置される２つ以上の直線部分を含む、請求項４０に記載のフィルム
。
【請求項４３】第１の隣接構造体ペアの間の第１の離隔距離が、第２の隣
接構造体ペアの間の第２の離隔距離とは異なる、請求項４０に記載のフィルム。
【請求項４４】内包角が前記構造体のそれぞれに関して規定され、異なる
構造体が異なる内包角を有する、請求項４０に記載のフィルム。
【請求項４５】前記第２の材料が光吸収材料である、請求項４０に記載の
フィルム。
【請求項４６】前記複数の構造体が、実質的に前記第１の層の幅全体にわ
たって延在している平行部材として該第１の層に形成される、請求項４０に記載
のフィルム。
【請求項４７】前記第１の層が、前記第２面の前記複数の光透過領域に隣
接して位置決めされる複数の拡散部分を含む、請求項４０に記載のフィルム。
【請求項４８】前記複数の拡散部分が、前記第２面に散乱面を有して、前
記複数の光透過領域を通って伝播する光を散乱させる、請求項４７に記載のフィ
ルム。
【請求項４９】前記複数の拡散部分が、前記第１の層内へ少なくとも途中
まで前記第２面から延在しているバルク拡散部分を含む、請求項４７に記載のフ
ィルム。
【請求項５０】光拡散粒子群が前記第１の材料の全体に配置される、請求
項４０に記載のフィルム。
【請求項５１】前記第１の層の前記第２面に取着される基板層をさらに含
む、請求項４０に記載のフィルム。
【請求項５２】前記複数の第１反射面は、前記第１の層の内部で前記光軸
に略平行な方向に伝搬する光を、第１分散面に実質的平行な方向に反射するよう
に配置され、前記基板層の少なくとも１つの前記表面が、前記第１分散面に直交
する第２分散面に少なくとも平行な方向に光を分散するように構成される、請求
項４０に記載のフィルム。
【請求項５３】背面投射スクリーン用のフィルムであって、第１基板層面を有する基板層と、第１の屈折率を有する第１の材料から形成され、前記第１基板層面に配置され
る複数の構造体基部を有する複数の構造体であって、それら構造体の側壁が前記
基板から離れる方向に延び、前記複数の構造体基部が光吸収材料から形成され、
複数のクリア領域がそれら構造体基部の間の前記第１基板層面上に形成される複
数の構造体と、前記第１の屈折率より大きい第２の屈折率を有する第２の材料から形成され、
前記複数の構造体と前記第１基板層面の前記複数のクリア領域との上方に配置さ
れる上部層であって、該上部層と前記複数の側壁との間の境界面が、実質的に前
記基板に直交する方向に該基板に向かって該上部層の内部で伝搬する光のための
複数の内部反射面を形成する上部層と、を具備するフィルム。
【請求項５４】前記複数の反射面が、前記第１基板層面上の個々のクリア
領域を通って光を非対称に伝搬する複数の反射ユニットを形成する、請求項５３
に記載のフィルム。
【請求項５５】前記複数の反射面が、光分散の非一様性を軽減するように
配置される、請求項５３に記載のフィルム。
【請求項５６】前記複数の内部反射面が、前記フィルムの光軸に対して２
つ以上の角度で配置される、請求項５３に記載のフィルム。
【請求項５７】背面投射スクリーン用の光分散フィルムであって、第１の屈折率を有する第１の材料から形成され、互いに反対側の第１および第
２面と該第１面に直交する第１光軸とを有する第１の層を具備し、前記第１の層が、前記第１の屈折率より小さい第２の屈折率を有する第２の材
料から形成される複数の構造体を含み、それら構造体が前記第２面に、前記第１
面に向かって延在する１つ以上の側壁を備えた複数の基部を有して、複数の第１
反射面を形成し、前記構造体基部が光吸収材料を含み、前記第２面の複数の光透
過領域が前記構造体基部の間に形成され、前記第２面の前記複数の光透過領域を通過する光を分散するように配置された
バルク拡散体を具備する、光分散フィルム。
【請求項５８】前記バルク拡散体が、前記複数の光透過領域に隣接して前
記第１の層に光拡散粒子群を含む、請求項５７に記載のフィルム。
【請求項５９】前記バルク拡散体が、前記第１の材料の全体に配置される
光拡散粒子群を含む、請求項５７に記載のフィルム。
【請求項６０】光学フィルムの製造方法であって、基板上に複数の構造体を、それら構造体が、第１の屈折率を有する第１の材料
から形成されるとともに前記基板上に光吸収基部を備え、かつ複数の開放基板領
域が前記基板上の隣接する構造体の間に形成されるように、注型して硬化させる
ことと、前記複数の構造体および前記複数の開放基板領域を、前記第１の屈折率より大
きい第２の屈折率を有する第２の材料で上塗りし、それにより、前記第１および
第２の材料の間の境界面に複数の反射面を、それら反射面が、第２の材料基板を
通って伝搬する光を複数の開放基板領域に向かって、前記フィルムの光軸に実質
的平行な方向に反射するように配置されるように形成することと、を含む方法。
【請求項６１】光学フィルムの形成方法であって、第１の屈折率を有する第１の材料のフィルムの第１面上に複数の溝を形成し、
それら溝の間に該第１面の複数の開放領域を備えるようにすることと、前記第１面の前記複数の開放領域上に光散乱体を形成することと、前記複数の溝を、前記第１の屈折率より小さい第２の屈折率を有する光吸収性
の第２の材料で充填することと、を含む方法。
【請求項６２】背面投射スクリーン用の光分散フィルムであって、第１の屈折率を有する第１の材料から形成され、互いに反対側の第１および第
２面と該第１面に直交する第１光軸とを有する第１の層を具備し、前記第１の層が、前記第１の屈折率より小さい第２の屈折率を有する第２の材
料から形成される複数の構造体を含み、それら構造体が前記第２面に、前記第１
面に向かって延在する少なくとも２つの側壁を備えた複数の基部を有し、複数の
内部反射面が前記第１および第２の材料の間の境界面によって形成され、前記構
造体基部が光吸収材料を含み、前記第２面の複数の光透過領域が前記構造体基部
の間に形成され、少なくとも１つの構造体が、前記第１光軸に配置された画像光源から前記フィ
ルムを通過する発散光に平行であるように選択された角度に配置される２つの側
壁のうちの少なくとも１つを有する、光分散フィルム。
【請求項６３】背面投射スクリーン用の光分散フィルムであって、互いに反対側の第１および第２面を有し、第１の屈折率範囲内に第１の屈折率
を有する第１のフィルムを具備し、前記第１のフィルムが、前記第１の屈折率範囲より小さい第２の屈折率を有す
る構造体材料から形成される複数の構造体を含み、それら構造体が前記第２面に
、前記第１面に向かって延在する１つ以上の側壁を備えた複数の基部を有し、複
数の第１内部反射面が前記構造体材料と前記第１のフィルムの材料との間の境界
面によって形成され、前記構造体基部が光吸収材料を含み、前記第２面の複数の
光透過領域が前記構造体基部の間に形成され、前記第１面に隣接する前記第１のフィルムの第１の屈折率が前記第２面に隣接
する前記第１のフィルムの第１の屈折率とは異なる、光分散フィルム。
【請求項６４】背面投射スクリーン用の光分散フィルムであって、第１の屈折率を有する第１の材料から形成され、互いに反対側の第１および第
２面と該第１面に直交する第１光軸とを有する第１の層を具備し、前記第１の層が、前記第１の屈折率より小さい第２の屈折率を有する第２の材
料から形成される複数の構造体を含み、それら構造体が前記第２面に、前記第１
面に向かって延在する１つ以上の側壁を備えた複数の基部を有し、複数の金属コ
ーティングが、前記第１および第２の材料の間の前記側壁の少なくとも一部に配
置されて第１反射面を形成し、前記構造体基部が光吸収材料を含み、前記第２面
の複数の光透過領域が前記構造体基部の間に形成され、前記第１反射面が、個々の光透過領域を通して光を非対称に分散させる複数の
反射ユニットを形成し、バルク拡散体が、前記第２面の前記複数の光透過領域を通過する光を分散させ
るように前記第１の材料の内部に配置される、光分散フィルム。
【請求項６５】前記バルク拡散体が、前記複数の光透過領域に隣接して前
記第１の層に光拡散粒子群を含む、請求項６４に記載のフィルム。
【請求項６６】前記バルク拡散体が、前記第１の材料の全体に配置される
光拡散粒子群を含む、請求項６４に記載のフィルム。
【請求項６７】光学フィルムの形成方法であって、基板上に複数の構造体を、それら構造体が第１の材料から形成されるとともに
該基板上に複数の光吸収基部を備え、かつ複数の開放基板領域が前記基板上の隣
接する構造体の間に形成されるように、注型して硬化させることと、前記複数の構造体の少なくとも一部の上方に金属層を配置して、複数の反射面
を、それら反射面が、第２の材料基板を通って伝搬する光を複数の開放基板領域
に向かって、前記フィルムの光軸に実質的平行な方向に反射するように配置され
るように形成することと、前記金属層および前記複数の開放基板領域を第２の材料で上塗りすることと、
を含む方法。