JP2004233500A - Light reflection type optical medium - Google Patents

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JP2004233500A
JP2004233500A JP2003020123A JP2003020123A JP2004233500A JP 2004233500 A JP2004233500 A JP 2004233500A JP 2003020123 A JP2003020123 A JP 2003020123A JP 2003020123 A JP2003020123 A JP 2003020123A JP 2004233500 A JP2004233500 A JP 2004233500A
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Atsushi Toda
淳 戸田
Hirotaka Akao
裕隆 赤尾
Yuriko Kaino
由利子 貝野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light reflection type optical medium having a reflection layer reflecting specified visible light and possessing structure where the deterioration of image quality caused by scattering external light unrelated to an image by the defect part of the reflection layer is hardly caused, and applied to a reflection type screen or the like. <P>SOLUTION: The light reflection type optical medium is constituted by laminating a red light reflection layer 2, a green light reflection layer 3 and a blue light reflection layer 4 which are photonic crystal layers on a visible light absorbing layer 1. The reflection layers 2-4 selectively reflect three primary color light beams projected from a projector or the like and form a high-contrast full color image. Visible light absorbing substance is contained in at least one of the reflection layers 2-4 and/or at least one of boundary parts between the layers. Thus, even if the external light is made incident on a screen in a figure, it is partially absorbed by the visible light absorbing substance before it reaches the defect parts of the photonic crystal layers 2-4. Even if the external light is scattered, the scattered light is absorbed by the visible light absorbing substance, so that the scattered light reaching an observer's eye is reduced. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばCRT(Cathode Ray Tube)プロジェクタや液晶プロジェクタ等からの画像の投射に用いて好適な反射型スクリーン等に応用可能な光反射型光学媒体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、プロジェクタから投射される光を反射して画像を表示する反射型スクリーンとしては、可視部波長領域のすべての光を反射又は散乱する、波長特性のない、白地のスクリーンが用いられてきた。白地のスクリーンでは、画像に関係のない光がスクリーンに入射した場合、画像と同様に反射又は散乱される(以下、本明細書では、プロジェクタ等から投射される画像以外の、画像とは無関係にスクリーンに入射する可視光を外部光と呼ぶことにする。)。その結果、この外部光は画像に重なって観察者の目に入り、画像のコントラストを劣化させる。
【0003】
このため、プロジェクタから白地のスクリーンに画像を投射する場合には、外部光を制限した暗室内で投射するのが一般的である。しかしながら、画像表示が暗室内に限定されることは、スクリーンを用いる表示システムの有用性を著しく損ない、用途を大きく制限する。又、暗室内で投射したとしても、スクリーンからの反射光が暗室内で散乱されてスクリーンに再入射する光、外部から漏れてくる光、及び非常灯など暗室内に残存する光等の外部光の反射によって、画像のコントラストは低下し、画像の暗黒部をスクリーン上で真の暗部として表示することができない。
【0004】
一方、CRTプロジェクタや液晶プロジェクタなどには、赤(R)、緑(G)、青(B)の3原色光をスクリーンに投射し、スクリーン上で混色して各種の色を表示するプロジェクタがある。このようなプロジェクタにおいては、用いられる各3原色光のスペクトル半値幅(FWHM)が60〜100nmと広いため、表現できる色度図上の色再現範囲が狭くなり、正確な色調を再現することが難しいという問題がある。
【0005】
【発明に至る経過】
上記の問題点について鋭意検討した結果、本出願人は、先に、引き上げ回転法による微粒子層の形成方法、並びにその微粒子層を光反射層として用いた反射型スクリーンを提案した(特願2001−380670;以下、特願2001−380670に係る発明を先願発明と称する。)。
【0006】
微粒子を自己組織化的に集合させ、微粒子が2次元又は3次元的に規則正しく周期的に整列した微粒子集合体を作らせる方法として、自然沈降法や引き上げ法が知られている。いずれの方法でも、微粒子をいったん分散媒に分散させて微粒子分散液を調製した後、自身の重さによる沈降、又は蒸発による分散媒の減少等によって、微粒子を徐々に基板上に堆積させる。
【0007】
粒子径が同一であれば、シリカ微粒子のような球形の粒子が最も密につまった配列構造は、最密充填構造である。従って、微粒子を緻密に集合させることによって、少なくとも部分的には最密充填構造をとる微粒子集合体を、自己組織化的に形成させることができる。
【0008】
引き上げ回転法は、3次元の配列が1回の操作で形成できる自然沈降法の利点と、厚さむらの少ない単粒子膜引き上げ法の利点とを両立させ、作製時間を大幅に短縮できる微粒子層の形成方法である。
【0009】
より具体的に説明すると、引き上げ回転法では、引き上げ法と同様に、基板の浸漬と引き上げと分散媒の蒸発を1サイクルとし、このサイクルを繰り返すことによって微粒子集合体を形成する。しかし、高濃度(例えば、2〜50質量%)の微粒子分散液を用い、基板を高速(例えば、0.6m/min)で引き上げる。引き上げ速度が大きいほど、基板を濡らす微粒子分散液の量は多くなる。このようにして、1サイクルで複数層の微粒子層を形成し、作製工程に要する時間を従来の引き上げ法に比べて大幅に短縮することができる。微粒子分散液の濃度が高く引き上げ速度が大きいと、鉛直方向に関して下方が厚く上方が薄い膜厚分布をもった薄膜が形成され、厚さむらを生じやすくなるが、これは1サイクルごとに基板の向きを回転させることにより抑制する。
【0010】
図22は、引き上げ回転法によって、直径280nmのシリカ微粒子52を水に分散させた分散液から基板51の上に形成したシリカ微粒子層53の反射スペクトル(a)及び微粒子の配列構造(b)である。ここで、反射スペクトルは、図22(b)に示すように、微粒子層53の面に垂直に白色光を入射させ、面に垂直に反射した反射光のスペクトルを測定している。
【0011】
図22(a)から、反射率は、波長624.5nmの光(赤色光)において最大になり、その反射率は54%と比較的高く、しかも、そのピークの半値幅は約30nmと狭いことがわかる。
【0012】
結晶を形成している原子や分子によるX線の干渉では、ブラッグの法則が成り立つことが知られている。又、光は、一般に、その波長と同程度の間隔(ピッチ)で繰り返される微粒子の周期的配列構造によって反射を受けやすいことが知られている。そこで、シリカ微粒子層による可視光の反射でも、ブラッグ反射の条件と類似した関係が成り立つとすると、最も反射を受けやすい光の波長λと微粒子層の間隔(ピッチ)dの間に、次の(式1)に示す関係が成り立つ。
kλ = 2nd ・・・(式1)
但し、ここで、n は微粒子の構成材料のモード屈折率であり、kは正の整数である。
【0013】
一方、微粒子の配列構造は、最密充填構造であると仮定してみる。最密充填構造には、面内での粒子の配列位置が異なる3つの微粒子層が順に積層される立方最密構造と、面内での粒子の配列位置が異なる2つの微粒子層が順に積層される六方最密構造とがあるが、隣接する2つの微粒子層の間隔(ピッチ)dは同じで、微粒子の直径Dとの間に、次の(式2)に示す関係がある。
d = (2×3)1/2 D/3 ・・・(式2)
【0014】
(式1)及び(式2)に、Dとしてシリカ微粒子の直径280nm、n としてシリカ微粒子のモード屈折率1.36を代入して、k=1とすると、最も反射されやすい波長として、λ=622nmを得る。これは、実測値λ=624.5nmとよく一致する。
【0015】
以上のことから、引き上げ回転法によって自己組織化的に形成された図22(b)のシリカ微粒子層53では、少なくとも部分的には最密充填構造からなる周期的な粒子配列が形成され、これが、624.5nmを中心波長とする光の反射の主因になっていると考えられる。
【0016】
更に、最密充填構造を単純化したモデル計算では、屈折率1.36、粒子径280nmのシリカ微粒子を用いると、625nm付近に鋭いピークをもつ、半値幅約30nmの反射層が形成できることが示され、この結果は実験値とよく一致する。この計算では、入射した波長625nmの光は、表面から8〜15層目までしか侵入せず、大部分の光はこの付近までに反射されて進行方向を逆転させること、特に11層目付近がその境界であることも示される。この結果から、シリカ微粒子を用いて光反射層を形成する場合、11層程度あれば十分であることがわかる。
【0017】
また、微粒子集合体によって反射される光の波長λ と微粒子の直径Dとの間には、(式1)及び(式2)に示した比例関係があると考えられ、この関係に基づいて、対応する直径Dを有する微粒子を選択すれば、所望の波長λの光を選択的に反射する微粒子層を自己組織化的に形成させることができる。このようなシリカ等の微粒子層は、特定の波長の光のみを反射する反射材等の光学媒体として有用な材料である。
【0018】
そこで、本明細書では、自己組織化的に形成され、特定の波長の光のみを反射する微粒子集合体をフォトニック結晶と呼び、フォトニック結晶による特定波長の光の反射をブラッグ反射と呼ぶことにする。また、微粒子が規則正しく整列し、粒子の欠損や配列の乱れ等の欠陥が少なく、良好なブラッグ反射特性を有する微粒子集合体を「結晶性の高い」微粒子集合体と言うことがある。
【0019】
図23は、屈折率n=1.36のシリカ微粒子について、シリカ微粒子の直径とブラッグ反射波長との関係を図示したものである。即ち、粒子径305nmのシリカ微粒子を用いれば、赤色光(波長約645nm)を反射する微粒子集合体を形成することができ、粒子径250nmのシリカ微粒子を用いれば、緑色光(波長約535nm)を反射する微粒子集合体を形成することができ、粒子径220nmのシリカ微粒子を用いれば、青色光(波長約465nm)を反射する微粒子集合体を形成することができる。ここで、屈折率nと波長λの間にはλ∝1/nの関係がある。
【0020】
図24は、先願発明の好ましい実施の形態に基づく反射型スクリーンの基本構造である。このスクリーンでは、光反射面として、3原色光近傍の狭い波長領域の光のみを選択的に反射するフォトニック結晶層(微粒子層)2〜4が設けられ、その厚み方向下部に、フォトニック結晶層2〜4を透過してきた可視光を吸収する可視光吸収層1が設けられている。具体的には、赤色光反射層2として粒子径290nmのシリカ微粒子が11層積層され、その上に緑色光反射層3として粒子径240nmのシリカ微粒子が11層積層され、更にその上に青色光反射層4として粒子径210nmのシリカ微粒子が積層されている。なお、今回使われたシリカ微粒子の屈折率はn=1.36〜1.43である。この屈折率はシリカ微粒子の作製条件によって多少変動する。可視光吸収層1としては、例えばカーボン製の黒い基材が用いられる。
【0021】
上記のスクリーンに画像を表示する場合には、プロジェクタ等から、赤(R)、緑(G)、青(B)の3原色光をスクリーンに投射し、スクリーン上での混色によって種々の色をもつ画像を形成する。これら3原色光は、スクリーンに設けられたフォトニック結晶層2〜4によって反射され、観察者の目に届き、画像として知覚される。
【0022】
初めに述べたように、スクリーンには、画像に関係のない様々な外部光が入射する。白地のスクリーンでは、外部光は画像と同様に反射され、画像のコントラストを劣化させる。しかし、上記のスクリーンに外部光が入射しても、その大部分はフォトニック結晶層2〜4によって反射されず、可視光吸収層1に吸収される。なぜなら、3原色光とは異なり、外部光には様々な波長の光が含まれていて、その大部分は、フォトニック結晶層2〜4が反射できる3原色光近傍の波長領域をはずれた光であるからである。従って、外部光が画像に重なって観察者の目に入ることはほとんどない。この結果、上記のスクリーンを用いれば、外部光によるコントラストの劣化がわずかになり、画像の暗黒部をスクリーン上に真の暗部として表示することができる。また、照明のある室内や野外など、暗室外でのスクリーン表示も可能になる。
【0023】
このように、スクリーン自体が波長によって光を選別するフィルタとしての作用を示すので、次に記す理由で、画像の色再現性も改善される(図25参照。)。CRTプロジェクタや液晶プロジェクタから出射される各3原色光は、スペクトル半値幅が通常60〜100nmと大きく色純度が悪いため、白地のスクリーンに投射した場合には、図25に示すように色再現範囲が限定される。一方、これらの光を上記のスクリーンに投射すると、3原色光とその近傍の狭い波長領域の光のみが反射され、これら以外の光は吸収される。この結果、スクリーンから反射される各3原色光は、半値幅30nm程度の色純度の良い光に改善され、これらの3原色光の混色によって形成される画像の色再現範囲は、図25に示すように拡大する。
【0024】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、先願発明に基づくスクリーンは、優れた特徴を有しているが、微粒子層2〜4中に微粒子の欠損や配列の乱れ等の欠陥5が存在すると、図26に示すように欠陥部5で外部光の散乱が生じる。このような外部光の散乱があると、外部光の吸収が不十分となり、画像のコントラストは低下し、画像の暗黒部をスクリーン上で真の暗部として表示することができない。
【0025】
この問題の1つの解決策は、微粒子層2〜4の結晶性を高めて、散乱の原因となる欠陥5を減らすことである。しかしながら、微粒子層2〜4の作製方法にブレークスルーがない限り、微粒子層2〜4の結晶性が飛躍的に高まることは考えにくい。
【0026】
本発明の目的は、上記のような実情に鑑み、特定の可視光を反射する反射層を有し、且つ、反射層の欠陥部が外部光を散乱することによる画質の低下が生じにくい構造をもつ、反射型スクリーン等に応用可能な光反射型光学媒体を提供することにある。
【0027】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、単一の可視光領域又は複数の可視光領域の光を反射する反射層が設けられ、前記反射層の内部と厚さ方向上部と厚さ方向下部との少なくとも1つに可視光吸収物質が含まれている光反射型光学媒体に係わるものである。
【0028】
本発明によれば、前記光反射型光学媒体は、前記単一の可視光領域又は複数の可視光領域の光を反射する反射層を備えているので、前記光反射型光学媒体自体が、特定の波長領域の可視光のみを選別するフィルタとしての作用を有している。従って、例えば、前記光反射型光学媒体を用いて反射型スクリーンを構成し、前記光反射型光学媒体が反射する前記単一の可視光領域又は複数の可視光領域の光をプロジェクタ等から投射して画像を形成する表示システムを作製すれば、前記画像は正しく表示される一方、プロジェクタ等以外から前記スクリーンに入射する、画像に無関係な外部光の大部分は、前記フィルタ作用によって除かれる。この結果、コントラストが外部光によって劣化することのない表示システムを構築することができ、画像の暗黒部をスクリーン上に真の暗部として表示することができる。また、照明のある室内や野外など、暗室外でのスクリーン表示も可能になる。
【0029】
また、前記光反射型光学媒体には、前記反射層の内部と厚さ方向上部と厚さ方向下部との少なくとも1つに可視光吸収物質が含まれている。従って、外部光が前記光反射型光学媒体に入射しても、その一部は、反射層の欠陥部に到達する前に可視光吸収物質に吸収される。散乱光の発生の元になる、欠陥部に入射する光が減少するので、散乱光が減少する。また、外部光が反射層の欠陥部によって散乱された場合でも、散乱された光が可視光吸収物質に吸収されるので、観察者の目に届く散乱光が減少する。この結果、前記光反射型光学媒体は、反射層に欠陥があっても、それが外部光の散乱による画質の低下を引き起こすことが少ない。
【0030】
【発明の実施の形態】
本発明において、前記反射層が、反射する可視光の波長に対応する粒子径、材質又は形状を有する微粒子からなる微粒子層によって形成されているのがよい。前記微粒子層を形成する方法は特に限定されるものではないが、前記微粒子が、自己組織化又は最密充填により規則的に配列して、前記微粒子層を形成するのが好ましい。また、前記微粒子層において前記微粒子が厚み方向に多段に積層されているのがよい。前記微粒子の材質も特に限定されるものではないが、シリカ微粒子又はシリカと同じ屈折率をもつ材料の微粒子が特に好ましい。
【0031】
前記反射層の厚さ方向下部に、可視光を吸収する可視光吸収層が設けられていて、前記反射層を透過した可視光が前記可視光吸収層によって吸収されるようになっているのがよい。これにより、外部光を吸収するとともに、背後からスクリーンに入射して前方へ抜ける光の透過を阻止することができる。
【0032】
前記光反射型光学媒体の表面側に、光拡散フィルム等からなり、可視光を拡散する光拡散層が設けられているのがよい。光拡散層は、スクリーンから反射される光を拡散させ、指向性を緩和するとともに、スクリーン全体に均一な輝度を持たせる働きをする。また、光拡散層は保護層として、前記反射層が機械的な衝撃で損傷を受けるのを防止する。
【0033】
光拡散層の材料としては、可視光領域において透明な材料で、且つ光を拡散させるもの、即ち、光拡散層内の場所ごとに屈折率が変化するような屈折率分布を持つものや、フィルムの表面に凹凸を有するものがよい。光拡散フィルムは、表面に2次元マイクロレンズアレイが形成されたマイクロレンズフィルム等に置き換えてもよい。
【0034】
本発明に基づく反射型スクリ−ンは、画像を投射するプロジェクタと一体化された画像表示システムを構成しているのがよい。ここで、プロジェクタから投射されて画像を表示する光の波長と、前記反射層によってスクリーンが反射する光の波長とを一致させるのが、本発明のポイントの1つである。この時、投射光のスペクトル半値幅が狭いほど、投射光の光量を減ずることなく、反射層の反射スペクトルの半値幅を狭めることができ、本発明の効果をよりよく発揮させることができる。
【0035】
スペクトル半値幅の狭い光源としては、発光ダイオードや、とりわけ、半導体レーザがよい。赤色用の半導体レーザとしては、例えばAlGaInP系レーザがよく、緑色用の半導体レーザとしては、例えばInGaN系レーザがよく、青色用の半導体レーザとしては、例えばGaN系レーザがよい。
【0036】
前記反射層が、赤色光反射層、緑色光反射層及び青色光反射層の3原色光反射層の少なくとも1つからなるのがよい。反射波長は、特に限定されるものではないが、フルカラー表示のためには、3原色光の少なくとも1種を反射する反射層であるのがよい。その場合、波長の短い光ほど散乱されやすいので、散乱光を少なくするためには、入射光の進行方向(厚さ方向下部)に向かって、前記青色光反射層、前記緑色光反射層及び前記赤色光反射層の順に積層されているのがよい。
【0037】
前記赤色光反射層を形成する微粒子の粒子径又は周期長さ、前記緑色光反射層を形成する微粒子の粒子径又は周期長さ、及び前記青色光反射層を形成する微粒子の粒子径又は周期長さが、互いに異なっていて、前記粒子径又は周期長さが、前記赤色光反射層、前記緑色光反射層及び前記青色光反射層の順で小さくなっているのがよい。但し、周期長さとは、前記微粒子層において隣接して上下に積層された、2つの微粒子層の間隔(ピッチ)のことである。
【0038】
前記可視光吸収物質は、前記微粒子間の隙間あるいは前記微粒子の中に含有させるか、又は前記微粒子層間に挟まれた境界部に前記可視光吸収物質を含有する層を設けるのがよい。
【0039】
画像を形成する3原色光をできる限り減衰させないように配慮しながら、前記可視光吸収物質による散乱光低減効果も最大限に発揮されるように、前記反射層ごとに含有される前記可視光吸収物質を最適化する場合には、次のようにするのがよい。即ち、前記反射層は、散乱が少なくなるように、光の入射側から前記青色光反射層、前記緑色光反射層及び前記赤色光反射層の順に積層する。その上で、前記青色光反射層には、前記可視光吸収物質を含有させず、前記緑色光反射層には、緑色光〜赤色光を透過させ、緑色光より短波長の青色光〜青緑色光を吸収する前記可視光吸収物質を含有させ、赤色光反射層には、赤色光を透過させ、赤色光より短波長の青色光〜黄色光を吸収する前記可視光吸収物質を含有させる。
【0040】
このような場合、前記可視光吸収物質は、特に限定されるものではないが、特定の波長の光を吸収する金属微粒子や顔料が好ましい。例えば、前記緑色光反射層には銀微粒子や黄色系の顔料を含有させ、赤色光反射層には金微粒子や赤色の顔料を含有させるのがよい。
【0041】
一方、前記可視光吸収物質による3原色光の吸収を多少許容する場合には、例えば、前記青色光反射層に青色光を吸収する前記可視光吸収物質を含有させることもできる。但し、3原色光の吸収が過度にならぬように、前記可視光吸収物質による光の進入深さ(後に詳述する。)が前記反射層の底面までの厚みより大きくなるように配慮するのがよい。
【0042】
このような場合、前記可視光吸収物質は、特に限定されるものではなく、金属微粒子や顔料以外に、特定の波長領域の光だけを吸収する特性を持たない物質、例えばカーボンブラック等を用いることもできる。
【0043】
ここで、入射光の進行方向(厚さ方向下部)に向かって、前記青色光反射層、前記緑色光反射層及び前記赤色光反射層の順に積層されている場合には、短波長の光に対して高い吸収係数をもち、長波長の光に対して低い吸収係数をもつ前記可視光吸収物質を用いるのがよい。
【0044】
逆に、入射光の進行方向(厚さ方向下部)に向かって、前記赤色光反射層、前記緑色光反射層及び前記青色光反射層の順に積層されている場合には、短波長の光に対して高い吸収係数をもち、長波長の光に対して低い吸収係数をもつ前記可視光吸収物質を用いるのがよい。
【0045】
次に、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に具体的に説明する。
【0046】
図1は、本発明の好ましい実施の形態に基づく光反射型光学媒体で構成した反射型スクリーンにおいて、散乱光が減少する原理を示す要部拡大断面図である。この反射型スクリーンでは、可視光吸収層1を兼ねる基体の上に、フォトニック結晶層である赤色光反射層2、緑色光反射層3及び青色光反射層4が積層されている。反射層2〜4は、プロジェクタ等から投射される3原色光を反射して、フルカラーの画像を形成するためのものである。短波長の光ほど散乱を受けやすいので、散乱光を減らすためには、図1に示すように、光の入射側から青色光反射層4、緑色光反射層3及び赤色光反射層2の順で積層されているのが望ましい。
【0047】
なお、赤色光反射層2として粒子径290nmのシリカ微粒子が11層積層され、その上に緑色光反射層3として粒子径240nmのシリカ微粒子が11層積層され、更にその上に青色光反射層4として粒子径210nmのシリカ微粒子が積層されている(以下、同様。ブラッグ反射波長については、図23参照。)。可視光吸収層1としては、例えばカーボン製の黒い基材が用いられる。
【0048】
図示されていないが、フォトニック結晶層2〜4の少なくとも1つ、及び/又は、層と層との境界部の少なくとも1つには、可視光吸収物質が含有されている。外部光がこのフォトニック結晶層に入射すると、その一部は、フォトニック結晶層の欠陥部に到達する前に可視光吸収物質に吸収される。散乱光の発生の元になる、欠陥部に入射する光が減少するので、散乱光が減少する。また、外部光がフォトニック結晶層の欠陥によって散乱された場合でも、散乱された光が可視光吸収物質に吸収されるので、観察者の目に届く散乱光が減少する。
【0049】
可視光吸収物質の材質としては、特に限定されるものではなく、金属微粒子や顔料やカーボン微粒子など、光を吸収できるものであれば用いることができる。フォトニック結晶層2〜4のどの層にどのような可視光吸収特性をもつ可視光吸収物質を含有させればよいかという点について、以下、具体的に説明する。
【0050】
実施の形態1
本実施の形態は、画像を形成する3原色光をできる限り減衰させないように配慮しながら、可視光吸収物質の散乱光低減効果も最大限に発揮されるように、各フォトニック結晶層ごとに含有される可視光吸収物質を最適化する場合の1例である。
【0051】
即ち、青色光反射層4には、画像を形成する3原色光すべてが入射してくるから、3原色光が吸収されることがないよう、可視光吸収物質は含有させないのがよい。もちろん、フォトニック結晶層2〜4が反射する波長領域の3原色光を吸収することがなく、中間の波長領域の光を吸収し得る可視光吸収物質があれば、それを青色光反射層4に含有させてもよい。
【0052】
3原色光のうちの青色光は青色光反射層4で反射されるので、緑色光反射層3に入射してくる3原色光は、緑色光と赤色光とである。これらを吸収することがないように、緑色光反射層3に含有させる可視光吸収物質として、緑色光〜赤色光を透過させ、緑色光より短波長の青色光〜青緑色光を吸収する物質を用いるのがよい。もちろん、フォトニック結晶層2及び3が反射する波長領域の緑色光と赤色光を吸収することなく、中間の波長領域の光を吸収し得る可視光吸収物質があれば、それを緑色反射層3に含有させてもよい。
【0053】
赤色光反射層2に入射してくる3原色光は、赤色光のみである。これを吸収することがないように、赤色光反射層2に含有させる可視光吸収物質として、赤色光を透過させ、赤色光より短波長の青色光〜黄色光を吸収する物質を用いるのがよい。もちろん、フォトニック結晶層2が反射する波長領域の赤色光を吸収することなく、その他の赤色光領域の光を吸収し得る可視光吸収物質があれば、それを赤色光反射層2に含有させてもよい。
【0054】
そして、本実施の形態では、可視光吸収物質として金属微粒子を用い、金属微粒子の表面プラズモン吸収を利用する。微粒子にすることで単位体積あたりの表面積が大きくなるので、金属が光を吸収する効率が高くなる。表面効果を大きくするために、金属微粒子として、直径がナノメートル程度のナノ微粒子、望ましくは直径1〜100nm、特に望ましくは直径1〜10nmの微粒子を用いる。
【0055】
図2に、金属微粒子の表面プラズモン吸収の例として、金、銀及び銅の微粒子による吸収スペクトルを示す。図2から、各微粒子の表面物性の違いによって吸光度特性が異なっていることがわかる。
【0056】
なお、図2の吸光度は次のように定義されている。入射光の強度Iと透過していく光の強度Iとの比(光の減衰比)の対数が吸収媒体の厚さLに比例し、次の(式3)の関係
I = I−α ・・・(式3)
が成り立つとき、この関係をランベルトの法則という。ここで、αを吸収係数と呼び、αLを吸光度又は光学濃度と呼ぶ。
【0057】
図3は、フォトニック結晶層の微粒子と微粒子の隙間に金属微粒子を入れた反射型スクリーンの要部拡大断面図である。上述したように、青色光反射層4には可視光吸収物質を含有させず、緑色光反射層3には青色光〜青緑色光(波長400〜500nmの光)を吸収する銀の微粒子11を含有させ、赤色光反射層2には青色光〜橙色光(波長400〜600nmの光)を吸収する金の微粒子12を含有させた構造である。
【0058】
光反射型光学媒体の構造を上記のようにすることによって、先願発明と同様に、外部光によるコントラストの劣化がわずかで、色再現性に優れた反射型スクリーンを構成できる。しかも、画像を形成する3原色光をできる限り損なわずに、銀微粒子11や金微粒子12からなる可視光吸収物質による散乱光低減効果を最大限に発揮させることができる。その結果、フォトニック結晶層2〜4の中に欠陥があっても、それが外部光の散乱による画質の低下につながりにくい反射型スクリーンを構成できる。
【0059】
本実施の形態では、フォトニック結晶層2〜4を構成する微粒子と微粒子との隙間に金属微粒子を含有させる場合を説明したが、微粒子そのものの中に金属微粒子を含有させても同様な効果が得られる。また、必ずしもフォトニック結晶層2〜4の中に金属微粒子が含有されていなくてもよく、フォトニック結晶層とフォトニック結晶層に挟まれた境界部に金属微粒子を含有する層を設けてもよい。
【0060】
実施の形態2
本実施の形態は、実施の形態1と同様、画像を形成する3原色光をできる限り減衰させないように配慮しながら、可視光吸収物質の散乱光低減効果も最大限に発揮されるように、各フォトニック結晶層ごとに含有される可視光吸収物質を最適化する場合の1例である。
【0061】
実施の形態1との違いは、可視光吸収物質として顔料を用いる点のみである。図4(a)は、主に青色光〜青緑色光を吸収し、緑色光〜赤色光を透過する黄色系顔料13の透過スペクトルで、図4(b)は青色光〜黄色光を吸収し、赤色光を透過する赤色系顔料14の透過スペクトルである。
【0062】
図5は、フォトニック結晶層の微粒子と微粒子の隙間に顔料を入れた反射型スクリーンの要部拡大断面図である。上述したように、青色光反射層4には可視光吸収物質を含有させず、緑色光反射層3には青色光〜青緑色光(波長400〜500nmの光)を吸収する黄色系顔料13を含有させ、赤色光反射層2には青色光〜黄色光(波長400〜600nmの光)を吸収する赤色系顔料14又は緑色光だけを吸収する顔料を含有させた構造である。
【0063】
光反射型光学媒体の構造を上記のようにすることによって、先願発明と同様に、外部光によるコントラストの劣化がわずかで、色再現性に優れた反射型スクリーンを構成できる。しかも、画像を形成する3原色光をできる限り損なわずに、黄色系顔料13や赤色系顔料14からなる可視光吸収物質による散乱光低減効果を最大限に発揮させることができる。その結果、フォトニック結晶層2〜4の中に欠陥があっても、それが外部光の散乱による画質の低下につながりにくい反射型スクリーンを構成できる。
【0064】
本実施の形態では、フォトニック結晶層2〜4を構成する微粒子と微粒子との隙間に顔料を含有させる場合を説明したが、微粒子そのものの中に顔料を含有させても同様な効果が得られる。また、必ずしもフォトニック結晶層2〜4の中に顔料が含有されていなくてもよく、後述するように、フォトニック結晶層とフォトニック結晶層に挟まれた境界部に顔料を含有する層を設けてもよい。
【0065】
実施の形態3
実施の形態1及び2は、画像を形成する3原色光をできる限り減衰させないように配慮した構造をとっている。例えば、青色光反射層には青色光を吸収する可視光吸収物質がなく、同様に緑色光反射層には緑色光を吸収する可視光吸収物質がなく、赤色光反射層には赤色光を吸収する可視光吸収物質がない。
【0066】
しかしながら、可視光吸収物質による3原色光の吸収を多少許容する場合には、例えば青色光反射層に青色光を吸収する可視光吸収物質が含有されていてもかまわない。以下、このような場合について説明する。
【0067】
先述したように、入射光の強度をI 、透過していく光の強度をI、光吸収媒体の吸収係数をα、そして光吸収媒体の厚さをLとおくと、ランベルトの法則
I = I−α ・・・(式3)
が成り立つ。本明細書では、光が1/eに減衰する光吸収媒体の厚さを光の進入深さと呼び、記号L1/e で示すことにする。(式3)において
I/I = 1/e
とおくと、吸収係数αと光の進入深さL1/e との間には
αL1/e = 1 ・・・(式4)
の関係があり、L1/e はαに反比例する。αは、光吸収物質がその波長の光を吸収しやすいものであるほど大きく、また、光吸収媒体における光吸収物質の濃度が大きい場合ほど大きい。
【0068】
ここで、最も単純な例として、3原色光を吸収する可視光吸収物質がフォトニック結晶層全体に均一の濃度で含まれている場合を考えてみる。このような場合でも、可視光吸収物質とその濃度を適切に選択することによって、図6(a)又は(b)のように、各3原色光の進入深さが、それぞれ、表面から各3原色光の反射層の底面までの厚みに比べて十分大きくなるようにすることができれば、3原色光をさして損なうことなく、可視光吸収物質が散乱光を減ずる作用を効果的に発揮させることができる。ただし、図6(a)は、フォトニック層が光の入射側から青色光反射層4、緑色光反射層3及び赤色光反射層2の順に積層されている場合、図6(b)は、逆に、光の入射側から赤色光反射層2、緑色光反射層3及び青色光反射層4の順に積層されている場合に対応する。
【0069】
例えば図6(a)では、青色光の進入深さは青色光反射層4の厚さに比べて十分大きい。従って、青色光は、可視光吸収物質による吸収で減衰してしまう以前に、青色光反射層4によって反射されるので、可視光吸収物質による青色光の損失は小さい。同様に、緑色光の進入深さは緑色光反射層3の底面までの厚みに比べて十分大きいから、緑色光は、可視光吸収物質による吸収で減衰してしまう以前に、緑色光反射層3に到達して反射されるので、可視光吸収物質による緑色光の損失は小さい。同様に、赤色光の進入深さは赤色光反射層2の底面までの厚みに比べて十分大きいから、赤色光は、可視光吸収物質による吸収で減衰してしまう以前に、赤色光反射層2に到達して反射されるので、可視光吸収物質による赤色光の損失は小さい。図6(b)の場合も同様である。
【0070】
原理的には、可視光吸収物質としては、光を吸収する材料であれば何でもよく、例えば、カーボンブラックでも、金属微粒子でも、顔料でもよく、これらを混合したものでもよい。必ずしも、特定の波長領域の光だけを吸収するような可視光吸収物質である必要はない。
【0071】
ただし、図6(a)の場合では、青色光反射層4、緑色光反射層3及び赤色光反射層2の順に表面から反射層の底面までの厚みが大きくなるので、長波長の光ほど進入深さが大きくなるようにするのが望ましい。即ち、図7(a)に概略の傾向を示すように、短波長の光に対して高い吸収係数をもち、長波長の光に対して低い吸収係数をもつ前記可視光吸収物質を用いるのが望ましい。逆に、図6(b)の場合では、赤色光反射層2、緑色光反射層3及び青色光反射層4の順に表面から反射層の底面までの厚みが大きくなるので、短波長の光ほど進入深さが大きくなるようにするのが望ましく、図7(b)に概略の傾向を示すように、短波長の光に対して低い吸収係数をもち、長波長の光に対して高い吸収係数をもつ前記可視光吸収物質を用いるのが望ましい。
【0072】
光反射型光学媒体の構造を上記のようにすることによって、先願発明と同様に、外部光によるコントラストの劣化がわずかで、色再現性に優れた反射型スクリーンを構成できる。しかも、画像を形成する各3原色光をその進入深さより厚みの薄い領域で反射することで、3原色光の減衰を最小限にとどめながら、可視光吸収物質による散乱光低減効果を効果的に発揮させることができる。その結果、フォトニック結晶層2〜4の中に欠陥があっても、それが外部光の散乱による画質の低下につながりにくい反射型スクリーンを構成できる。
【0073】
以上、最も単純な例として、3原色光を吸収する可視光吸収物質がフォトニック結晶層全体に均一の濃度で含まれている場合を説明したが、可視光吸収物質の濃度に分布をもたせたり、フォトニック結晶層の一部にだけ可視光吸収物質を入れるのもよい。また、可視光吸収物質は、フォトニック結晶を構成する微粒子と微粒子の隙間に入れるのでも、微粒子の中に予め含有させておくのでもよい。
【0074】
実施の形態4
実施の形態1〜3では、フォトニック結晶層2〜4の中に可視光吸収物質が含有されている場合を説明したが、必ずしもフォトニック結晶中に含有させる必要はない。本実施の形態では、フォトニック結晶層とフォトニック結晶層に挟まれた境界部に可視光吸収物質を含有する層を設ける。
【0075】
図8は、フォトニック結晶層の青色光反射層4と緑色光反射層3との境界部に青色光〜青緑色光(波長400〜500nmの光)を吸収する黄色系顔料を高分子フィルムに付着させた黄色系フィルタ層15を設け、緑色光反射層3と赤色光反射層2との境界部に青色光〜黄色光(波長400〜600nmの光)を吸収する赤色系顔料を付着させた高分子フィルムに付着させた赤色系フィルタ層16を設けた構造である。
【0076】
この場合、3原色光のうちの青色光は、青色光反射層4で反射されるので、フィルタ層15及び16の影響を受けることはない。緑色光は、緑色光反射層3で反射される前後に黄色系フィルタ層15を通過するが、黄色系フィルタ層15が吸収するのは青色光〜青緑色光であるから、緑色光が黄色系フィルタ層15によって吸収されることはない。同様に、赤色光は、赤色光反射層2で反射される前後に黄色系フィルタ層15及び赤色系フィルタ層16を通過するが、黄色系フィルタ層15及び赤色系フィルタ層16が吸収するのは青色光〜黄色光であるから、赤色光がフィルタ層15及び16によって吸収されることはない。一方、外部光や散乱光は、黄色系フィルタ層15及び赤色系フィルタ層16によって効果的に吸収される。
【0077】
上記フィルタ層のうち、黄色系フィルタ層15だけを使用しても効果があるし、赤色系フィルタ層16だけを使用しても効果がある。また、外部光が黄色系フィルタ層15及び赤色系フィルタ層16によって十分に吸収され得る場合には、可視光吸収層1を省略することもできる。そこで、図8の構造の変形例として、特別な反射波長特性を持たない反射材19、例えばアルミニウムなどの金属フィルム等で赤色光反射層2を置き換え、図9の構造としても、同様の効果を得ることができる。
【0078】
従って、光反射型光学媒体の構造を図8又は図9のようにすることによって、先願発明と同様に、外部光によるコントラストの劣化がわずかで、色再現性に優れた反射型スクリーンを構成できる。しかも、画像を形成する3原色光をできる限り損なわずに、黄色系顔料や赤色系顔料からなる可視光吸収物質による散乱光低減効果を最大限に発揮させることができる。その結果、フォトニック結晶層2〜4の中に欠陥があっても、それが外部光の散乱による画質の低下につながりにくい反射型スクリーンを構成できる。
【0079】
ここでは、可視光吸収物質として顔料を用いたが、金属微粒子やその他、可視光を吸収できるものなら何でも用いることができる。この構造は、蒸着膜のように、微粒子間の隙間や微粒子内に含有させることの難しい可視光吸収物質を利用できる利点がある。
【0080】
次に、フォトニック結晶層2〜4の転写を利用して、図8の反射型スクリーンを作製する工程を、図10及び図11参照下に説明する。
【0081】
まず、図10(a)に示すように、シリカ微粒子を水に分散させた分散液から、引き上げ法によって基板41の上にシリカ微粒子を堆積させ、赤色光をブラッグ反射するフォトニック結晶層2を形成する。基板41は、シリカ微粒子分散液が濡れるものであれば何でもよく、例えば、サンドマット加工したポリエチレンテレフタラート(PET)フィルムがよく、ガラス基板でもよい。同様にして、緑色光を反射するフォトニック結晶層3及び青色光を反射するフォトニック結晶層4も別個に作製する。
【0082】
次に、フォトニック結晶層2の上に粘着剤が両面に付いた透明な粘着シート17を圧着させた後(図10(b))、粘着シート17と基板41とを引き離すことで粘着シート17の側にフォトニック結晶層2を転写させる(図10(c))。この際、粘着シート17の他方の面は保護フィルム18が貼りつけられたままであるので、粘着シート17の他方の面が何か別のものに付着してしまうことはない。
【0083】
次に、図10(d)のように、この保護フィルム18を剥がして、その上に赤色系フィルタ16を粘着シート17の粘着面に貼り合わせる。同様にして、図示は省略するが、緑色光を反射するフォトニック結晶層3も粘着シートに転写後、黄色系フィルタ15を粘着面に貼り合わせる。また、青色光を反射するフォトニック結晶層4は、粘着シートに転写後、光拡散フィルム22を粘着面に貼り合わせる。
【0084】
次に、図11(e)のように、フォトニック結晶層2の反対側の面にも、粘着剤が両面に付いた透明な粘着シート17を貼り合わせる。同様に、図示は省略するが、フォトニック結晶層3及び4の反対側の面にも、両面粘着シート17を貼り合わせる。
【0085】
次に、フォトニック結晶層2〜4に残っている保護フィルム18を剥がした後、図11(f)のように、黒色のPETフィルム等の基板を兼ねる可視光吸収層1と、フォトニック結晶層2と赤色系フィルタ16とからなる部材と、フォトニック結晶層3と黄色系フィルタ15とからなる部材と、フォトニック結晶層4と光拡散フィルム22とからなる部材とを貼り合わせて一体化すると、図8に示した反射型スクリーンが完成する。
【0086】
以上に述べてきたように、本発明の実施の形態に基づく反射型スクリーンでは、画像に関係ない外部の光がスクリーンに入射したときでも画像のコントラストが劣化することがなく、黒の沈んだ綺麗な画像を提供できる。また、必ずしも暗室で投影する必要がなく、通常の蛍光灯の下や屋外でもコントラストが劣化しない。特にフォトニック結晶の欠陥に起因する光の散乱を減らすことで、黒の沈みの効果がより大きくなる。
【0087】
さらに、レーザやLED(Light Emitting Diode)など、半値幅が小さく色純度の良い光を投射して画像を形成する場合、効率よく選択的に画像の光だけを反射して他の波長の光をカットすることで高コントラストを維持するとともに黒が良く沈むことになる。その上、たとえ液晶プロジェクタなど、各三原色のスペクトル半値幅が大きい光を投射しても、色度図上の色再現性が良くなり、純粋な色が表現できる。
【0088】
【実施例】
次に、本発明の好ましい実施例を図面参照下に具体的に説明する。
【0089】
実施例1:金属微粒子を可視光吸収物質として用いた場合
まず、金及び銀微粒子による散乱光の低減効果を検証した後、実施の形態1で示した構造(図3参照。)をもつ反射型スクリーンを作製した。
【0090】
金微粒子分散液は、直径約7nmの金微粒子7mgをトルエン3.4gに分散させて調製した。図12(a)は、金微粒子分散液の透過スペクトルである。スペクトルは、2枚のガラス板31でコの字形スペーサ32を挟んだ分光測定用セル30を用いて測定した(図12(b)参照。)。この際、スペーサ32の厚さを変えることで、分散液の厚さを35μmとしたもの、及びそれより大きくして吸光度を増加させたものの2つについて測定した。金微粒子のプラズモン吸収によって630nm以下の短波長側で透過率が低いことがわかる。
【0091】
直径290nmのシリカ微粒子を水に分散させた分散液から、引き上げ法によってPET基板上に、シリカ微粒子によるフォトニック結晶層を形成した。この微粒子層は、波長640nmの赤色光をブラッグ反射する。この微粒子層に、先に調製した金微粒子分散液を引き上げ法により3回塗布してサンプルスクリーンを作製した。サンプルスクリーンの、金微粒子分散液を塗布したところとしないところの反射スペクトルを、数箇所について測定した結果を図13に示す。この場合、フォトニック結晶層の厚みに偏り(面内での厚み分布)があることを考慮して、分散液を塗布したところとしないところは、互いにほぼ同じ厚みをもつ箇所について測定するようにした。
【0092】
図13(a)を見ると、波長640nm付近のブラッグ反射の強度は、測定箇所ごとにかなりのばらつきがあるが、金微粒子分散液を塗布したところ(実線)としなかったところ(点線)に有意の差は見られない。これは、金微粒子は赤色光を透過するため、波長640nm付近の光には影響を及ぼさなかったためと考えられる。
【0093】
一方、散乱光が支配的な波長領域400〜550nmでは、金微粒子分散液を塗布したところで散乱光強度が小さくなっている。図13(b)は、その波長領域のスペクトルを拡大して示したものである。測定箇所ごとにかなりのばらつきがあるが、金微粒子分散液を塗布したところ(実線)としなかったところ(点線)に有意の差があることがわかる。例えば、波長460nmでの散乱強度から、塗布したサンプルスクリーン上の黒の輝度レベルは塗布しないものに比べ、約50%まで抑えられていることがわかった。このことは散乱光が金微粒子によって吸収されて、黒がさらに深くなったことを意味する。
【0094】
次に、赤色光反射層と同様にして、直径240nmのシリカ微粒子を用いて緑色光反射層を形成し、この微粒子層に直径約5nmの銀微粒子を含有させた。この場合も同様に、緑色光のブラッグ反射はほとんど影響されず、散乱光強度が減少していることが確認された。
【0095】
以上の結果をふまえて、図14に示す反射型スクリーンを作製した。但し、実施の形態1の図3に示したものと同様に、赤色光反射層2は金微粒子12を含有し、緑色光反射層3は銀微粒子11を含有する。作製方法は、次の通りである。
【0096】
まず、サンドマット加工した黒色のPETフィルム21の上に、直径290nmのシリカ微粒子を水に分散させた分散液を、引き上げ塗布法で塗布して乾燥させた。この操作を繰り返して行い、赤色光を反射するフォトニック結晶層2を約3μmの厚みで堆積させた。続いて、この上に金微粒子7mgをトルエ3.4gに分散させた分散液を引き上げ塗布法で塗布した後に乾燥させ、赤色光反射層2のシリカ微粒子とシリカ微粒子との隙間に金微粒子12を含有させた。
【0097】
次に、直径240nmのシリカ微粒子を水に分散させた分散液を、引き上げ塗布法によって赤色光反射層2の上に塗布して乾燥させた。この操作を繰り返し、緑色光を反射するフォトニック結晶層3を約3μmの厚みで堆積させた。続いて、この上に銀微粒子をトルエンに分散させた分散液を塗布した後に乾燥させ、緑色光反射層のシリカ微粒子とシリカ微粒子の隙間に銀微粒子11を含有させた。
【0098】
更に、直径210nmのシリカ微粒子分散液を同様に塗布して青色光を反射する層を約3μmの厚みで形成した。最後に、光拡散フィルム22を最上面に貼り付けた。
【0099】
このようにして作製した反射型スクリーンでは、外部光があって明るいところでも黒が沈み、コントラストが高いことが確認できた。
【0100】
実施例2:顔料を可視光吸収物質として用いた場合
まず、赤色系顔料及び黄色系顔料による散乱光の低減効果を検証した後、実施の形態2で示した構造(図5参照。)をもつ反射型スクリーンを作製した。
【0101】
実施例1と同様、PET基板上にシリカ微粒子分散液の引き上げ塗布法によって形成した、直径290nmのシリカ微粒子からなる波長640nmの赤色光をブラッグ反射するフォトニック結晶層に、赤色系顔料(大日精化製、クロモファインレッド6150EC)0.04gをエタノール1.8gに分散させた分散液を引き上げ塗布法によって3回塗布して、サンプルスクリーンを作製した。この顔料微粒子の直径は、数十〜100nmである。サンプルスクリーンの、赤色系顔料の分散液を塗布したところとしないところの反射スペクトルを、数箇所について測定した結果を図15に示す。
【0102】
図15(a)を見ると、波長640nm付近のブラッグ反射の強度は、測定箇所ごとにかなりのばらつきがあるが、金微粒子分散液を塗布したところ(実線)としなかったところ(点線)に有意の差は見られない。これは、赤色系顔料は赤色光を透過するため、波長640nm付近の光には影響を及ぼさなかったためと考えられる。
【0103】
一方、散乱光が支配的な波長領域400〜550nmでは、赤色系顔料分散液を塗布したところで散乱光強度が小さくなっている。図15(b)は、その波長領域のスペクトルを拡大して示したものである。測定箇所ごとにかなりのばらつきがあるが、赤色系顔料分散液を塗布したところ(実線)としなかったところ(点線)に有意の差があることがわかる。例えば、波長460nmでの散乱強度から、塗布した場合のサンプルスクリーン上の黒の輝度レベルは塗布しないものに比べ、約56%まで抑えられていることがわかった。このことは散乱光が赤色系顔料によって吸収されて、黒がさらに深くなったことを意味する。
【0104】
図16は、上記のサンプルスクリーンに正面から光を照射し斜め方向から撮影した外観写真である(これは、ブラッグ反射を起こさない条件である。)。赤色系顔料分散液を塗布した下側の部分では、散乱光が減り、黒が深まっているのがわかる。
【0105】
次に、赤色光反射層と同様にして、直径240nmのシリカ微粒子を用いて緑色光反射層を形成し、この微粒子層に黄色系顔料(大日精化製、ECY−297(PY−138))を含有させた。この顔料微粒子の直径は、数十〜100nmである。この場合も同様に、緑色光のブラッグ反射はほとんど影響されず、散乱光強度が減少していることが確認された。
【0106】
以上の結果をふまえて、図14に示す反射型スクリーンを作製した。但し、実施の形態2の図5に示したものと同様に、赤色光反射層2は赤色系顔料14を含有し、緑色光反射層3は黄色系顔料13を含有する。作製方法は、次の通りである。
【0107】
まず、サンドマット加工した黒いPETフィルム21の上に、直径290nmのシリカ微粒子を水に分散させた分散液を、引き上げ塗布法で塗布して乾燥させた。この操作を繰り返して行い、赤色光を反射するフォトニック結晶層2を約3μmの厚みで堆積させた。この上に赤色系顔料0.04gをエタノール1.8gに分散させた分散液を引き上げ塗布法で塗布した後に乾燥させ、赤色光反射層2のシリカ微粒子とシリカ微粒子との隙間に赤色系顔料14を入れた。
【0108】
次に、直径240nmのシリカ微粒子を水に分散させた分散液を、引き上げ塗布法によって赤色光反射層2の上に塗布して乾燥させた。この操作を繰り返して、緑色光を反射するフォトニック結晶層3を約3μmの厚みで堆積させた。続いて、この上に黄色系顔料をエタノールに分散させた分散液を塗布した後に乾燥させ、緑色光反射層のシリカ微粒子とシリカ微粒子の隙間に黄色系顔料13を入れた。
【0109】
更に、直径210nmのシリカ微粒子分散液を同様に塗布して青色光を反射する層を約3μmの厚みで形成した。最後に、光拡散フィルム22を最上面に貼り付けた。このようにして作製した反射型スクリーンにおいて、外部光があって明るいところでも黒が沈み、コントラストが高いことが確認できた。
【0110】
実施例3:カーボンブラックを可視光吸収物質として用いた場合
まず、カーボンブラックによる散乱光の低減効果を検証した後、実施の形態3で説明した構造をもつ反射型スクリーンを作製した。
【0111】
初めに、カーボンブラックの吸収係数を見積もるために、カーボンブラックを0.2質量%の濃度で水に分散させた分散液の透過スペクトルを測定した(図17(a)参照。)。このカーボンブラック微粒子の直径は、約20nmである。スペクトルは、2枚のガラス基板31でコの字形スペーサ32を挟んだ分光測定用セル30を用い、分散液の厚さ(ガラス基板の隙間)を35μmとして測定した(図17(b)参照。)。分散液は毛細管現象を用いて、セル30に入れた。この試料サンプルと比較するため、カーボンブラックが含まれていない空サンプルの透過スペクトルも測定した。カーボンブラックの有無で透過率が異なるのがわかり、この差がカーボンブラックによる吸収に対応すると考えられる。
【0112】
そこで、ランベルトの法則
I = I−α ・・・(式3)
を用いて、吸収係数αの波長依存性を求め、
αL1/e = 1 ・・・(式4)
の関係を用いて、可視光吸収物質がカーボンブラックである場合の進入深さを見積もった。図18に吸収係数αを、図19に見積もられた進入深さを示す。これより、吸収係数αは、短波長の光に対して大きく、長波長の光に対して小さく、逆に、可視光吸収物質がカーボンブラックである場合の進入深さは、短波長の光に対して短く、長波長の光に対して長いことがわかる。
【0113】
これらの特性を利用して、赤色光反射層、緑色光反射層及び青色光反射層にカーボンブラックを均等に含有させ、それぞれからの散乱光を同程度に効率よく吸収したい。但し、画像を損なうほど、3原色光を吸収しないようにする必要がある。それには実施の形態3で図6を用いて説明したように、表面からブラッグ反射が生じる層の底面までの厚みよりも、カーボンブラックによる吸収の進入深さが大きくなるように設計すればよい。以上をふまえて、反射型スクリーンの基本構造からなるサンプルを作製した。
【0114】
まず、実施例1及び2と同様に、サンドマット加工した黒いPETフィルム21の上に、シリカ微粒子分散液の引き上げ塗布によって、直径290nmのシリカ微粒子からなる赤色光反射層2、直径240nmのシリカ微粒子からなる緑色光反射層3及び直径210nmのシリカ微粒子からなる青色光反射層4を積層して、サンプルスクリーン作製用のサンプル基板を形成した。
【0115】
カーボンブラックを水に0.75質量%の濃度で分散させた分散液と、5質量%の濃度で分散させた分散液とを用意し、その分散液の中に、上記の赤色光反射層2、緑色光反射層3及び青色光反射層4の順にフォトニック結晶層を積層したサンプル基板を1昼夜浸したものと浸さないものを作製し、これらの表面を光学顕微鏡で観察した。結果を図20に示す。カーボンブラックを入れたサンプルスクリーンの表面が黒く沈んでいるのがわかる。これによって黒の輝度を半減させるのが目標である。
【0116】
カーボンブラックを入れることによって黒がより沈むが、3原色光が吸収され、画像自体のブラッグ反射も下がってしまっては意味がない。そこで、それぞれのサンプルスクリーンの反射スペクトルを測定した。結果を図21に示す。5質量%の濃度の分散液に浸したものは、3原色光の反射率が低下していることがわかる。また0.75質量%の濃度の分散液に浸したものは、カーボンブラックを入れていないものに比べて、3原色光の反射強度がほとんど低下しないことがわかる。これにより、5質量%以下の濃度の分散液に浸す処理を行えばよいといえる。
【0117】
以上に述べた実施の形態及び実施例は、本発明の技術的思想に基づいて適宜変更可能である。
【0118】
【発明の作用効果】
本発明による光反射型光学媒体は、単一の可視光領域又は複数の可視光領域の光を反射する反射層を備えているので、特定の波長領域の可視光のみを選別するフィルタとしての作用を、光反射型光学媒体自体が有している。
【0119】
従って、例えば、光反射型光学媒体を用いて反射型スクリーンを構成し、光反射型光学媒体が反射する単一の可視光領域又は複数の可視光領域の光をプロジェクタ等から投射して画像を形成する表示システムを作製すれば、画像は正しく表示される一方、プロジェクタ等以外からスクリーンに入射する、画像に無関係な外部光の大部分は、フィルタ作用によって除かれる。この結果、コントラストが外部光によって劣化することのない表示システムを構築することができ、画像の暗黒部をスクリーン上に真の暗部として表示することができる。また、照明のある室内や野外など、暗室外でのスクリーン表示も可能になる。
【0120】
また、光反射型光学媒体には、反射層の内部と厚さ方向上部と厚さ方向下部との少なくとも1つに可視光吸収物質が含まれているので、外部光が光反射型光学媒体に入射しても、その一部は、反射層の欠陥部に到達する前に可視光吸収物質に吸収される。散乱光の発生の元になる、欠陥部に入射する光が減少するので、散乱光が減少する。また、外部光が反射層の欠陥部によって散乱された場合でも、散乱された光が可視光吸収物質に吸収されるので、観察者の目に届く散乱光が減少する。この結果、光反射型光学媒体は、反射層に欠陥があっても、それが外部光の散乱による画質の低下を引き起こすことが少ない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の好ましい実施の形態に基づく光反射型光学媒体で構成した反射型スクリーンにおいて、散乱光が減少する原理を示す要部拡大断面図である。
【図2】本発明の実施の形態1に基づく、金、銀及び銅の微粒子の表面プラズモン吸収による吸収スペクトルである。
【図3】同、反射型スクリーンの要部拡大断面図である。
【図4】本発明の実施の形態2に基づく、顔料の透過スペクトルである。
【図5】同、反射型スクリーンの要部拡大断面図である。
【図6】本発明の実施の形態3に基づく、3原色光反射層の積層順と好ましい進入深さとの関係を示す概略断面図である。
【図7】同、3原色光反射層の積層順と可視光吸収物質の吸収係数の好ましい波長特性との関係を示す概略断面図である。
【図8】本発明の実施の形態4に基づく、反射型スクリーンの要部拡大断面図である。
【図9】本発明の実施の形態4に基づく、他の反射型スクリーンの要部拡大断面図である。
【図10】同、反射型スクリーンの作製工程を示す要部拡大断面図である。
【図11】同、反射型スクリーンの作製工程を示す要部拡大断面図である。
【図12】本発明の実施例1による、金微粒子分散液の透過スペクトルである。
【図13】同、サンプルスクリーンによる反射スペクトルである。
【図14】同、実用的な反射型スクリーンの要部拡大断面図である。
【図15】本発明の実施例2のサンプルスクリーンによる反射スペクトルである。
【図16】本発明の実施例2のサンプルスクリーンの外観写真である。
【図17】本発明の実施例3による、カーボンブラック分散液の透過スペクトルである。
【図18】同、カーボンブラック分散液の吸収係数の波長依存性を示すグラフである。
【図19】同、カーボンブラック分散液の進入深さの波長依存性を示すグラフである。
【図20】本発明の実施例3によるサンプルスクリーン表面の、光学顕微鏡による観察像である。
【図21】本発明の実施例3のサンプルスクリーンによる反射スペクトルである。
【図22】先願発明の好ましい実施の形態に基づく引き上げ回転法によって形成されたシリカ微粒子集合体の、反射スペクトル(a)と微粒子の配列構造を示す概略断面図(b)である。
【図23】同、シリカ微粒子集合体によってブラッグ反射される光の波長とシリカ微粒子の直径との関係を示すグラフである。
【図24】同、3原色光のみを反射する反射型スクリーンの基本構造の要部拡大断面図である。
【図25】同、3原色光のみを反射する反射型スクリーンによって色再現範囲が改善されることを示す色度図である。
【図26】同、3原色光のみを反射する反射型スクリーンにおいて散乱光が発生する原因を示す要部拡大断面図である。
【符号の説明】
1…可視光吸収層(基体)、2…赤色光を反射する微粒子層、
3…緑色光を反射する微粒子層、4…青色光を反射する微粒子層、
5…欠陥(部)、6…散乱光、11…銀微粒子、12…金微粒子、
13…黄色系顔料、14…赤色系顔料、15…黄色系フィルタ層、
16…赤色系フィルタ層、17…両面粘着シート、18…保護フィルム、
19…アルミニウムなどの反射材、
21…サンドマット加工した黒いPETフィルム、22…光拡散フィルム、
30…分光測定用セル、31…ガラス板、32…スペーサ、41…基板、
51…基板、52…シリカ微粒子、53…シリカ微粒子層
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a light reflection type optical medium which can be applied to a reflection type screen suitable for projecting an image from, for example, a CRT (Cathode Ray Tube) projector or a liquid crystal projector.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as a reflective screen that reflects light projected from a projector to display an image, a white screen that has no wavelength characteristics and reflects or scatters all light in the visible wavelength region has been used. On a white screen, when light unrelated to the image enters the screen, the light is reflected or scattered in the same manner as the image (hereinafter, in this specification, other than the image projected from a projector or the like, regardless of the image) The visible light incident on the screen is referred to as external light.) As a result, this external light overlaps the image and enters the eyes of the observer, deteriorating the contrast of the image.
[0003]
For this reason, when an image is projected from a projector onto a white screen, it is general that the image is projected in a dark room where external light is restricted. However, restricting image display to a dark room significantly impairs the usefulness of a display system using a screen and greatly restricts applications. Even when projected in a dark room, reflected light from the screen is scattered in the dark room and re-enters the screen, light leaks from the outside, and external light such as light remaining in the dark room such as an emergency light. Due to the reflection of light, the contrast of the image is reduced, and the dark part of the image cannot be displayed as a true dark part on the screen.
[0004]
On the other hand, CRT projectors and liquid crystal projectors include projectors that project three primary colors of red (R), green (G), and blue (B) onto a screen and mix the colors on the screen to display various colors. . In such a projector, since the spectral half width (FWHM) of each of the three primary colors used is as wide as 60 to 100 nm, the color reproduction range on the chromaticity diagram that can be expressed is narrowed, and accurate color tone can be reproduced. There is a problem that is difficult.
[0005]
[Procedure leading to the invention]
As a result of diligent studies on the above problems, the present applicant has previously proposed a method of forming a fine particle layer by a pull-up rotation method and a reflective screen using the fine particle layer as a light reflecting layer (Japanese Patent Application No. 2001-2001). 380670; hereinafter, the invention according to Japanese Patent Application No. 2001-380670 will be referred to as a prior application invention.)
[0006]
As a method of assembling particles in a self-organizing manner to form a particle aggregate in which the particles are regularly and regularly arranged two-dimensionally or three-dimensionally, a spontaneous sedimentation method and a lifting method are known. In either method, fine particles are once dispersed in a dispersion medium to prepare a fine particle dispersion, and then the fine particles are gradually deposited on the substrate by sedimentation due to its own weight or reduction of the dispersion medium due to evaporation.
[0007]
If the particle diameters are the same, the arrangement structure in which spherical particles such as silica fine particles are most densely packed is the closest packed structure. Therefore, by assembling the fine particles densely, a fine particle aggregate having a close-packed structure at least partially can be formed in a self-organizing manner.
[0008]
The pulling rotation method combines the advantages of the natural sedimentation method, in which a three-dimensional array can be formed in a single operation, with the advantages of the single particle film pulling method, which has less unevenness in thickness, and can significantly reduce the preparation time. This is a method of forming.
[0009]
More specifically, in the pull-up rotation method, as in the pull-up method, the substrate is immersed, pulled up, and the dispersion medium is evaporated in one cycle, and this cycle is repeated to form a fine particle aggregate. However, the substrate is pulled up at a high speed (for example, 0.6 m / min) using a fine particle dispersion having a high concentration (for example, 2 to 50% by mass). As the lifting speed increases, the amount of the fine particle dispersion liquid that wets the substrate increases. In this way, a plurality of fine particle layers are formed in one cycle, and the time required for the manufacturing process can be significantly reduced as compared with the conventional pulling method. If the concentration of the fine particle dispersion liquid is high and the pulling speed is high, a thin film having a thickness distribution that is thicker downward and thinner upward is formed in the vertical direction, and the thickness tends to be uneven. It is suppressed by rotating the direction.
[0010]
FIG. 22 shows a reflection spectrum (a) of a silica fine particle layer 53 formed on a substrate 51 from a dispersion in which silica fine particles 52 having a diameter of 280 nm are dispersed in water by a pulling rotation method, and an arrangement structure of fine particles (b). is there. Here, as for the reflection spectrum, as shown in FIG. 22B, white light is made incident on the surface of the fine particle layer 53 perpendicularly, and the spectrum of the reflected light reflected perpendicularly on the surface is measured.
[0011]
From FIG. 22 (a), it is found that the reflectance is maximum for light having a wavelength of 624.5 nm (red light), the reflectance is relatively high at 54%, and the half width of the peak is as narrow as about 30 nm. I understand.
[0012]
It is known that Bragg's law holds for X-ray interference caused by atoms and molecules forming a crystal. Further, it is known that light is generally liable to be reflected by a periodic arrangement structure of fine particles repeated at intervals (pitch) substantially equal to the wavelength. Therefore, assuming that a relationship similar to the condition of the Bragg reflection is established also in the reflection of visible light by the silica fine particle layer, the wavelength λ of the light that is most likely to be reflected.0A relationship shown in the following (Formula 1) is established between the distance d and the interval (pitch) d between the fine particle layers.
0  = 2nd (Equation 1)
Here, n is the mode refractive index of the constituent material of the fine particles, and k is a positive integer.
[0013]
On the other hand, it is assumed that the arrangement structure of the fine particles is a close-packed structure. The close-packed structure has a cubic close-packed structure in which three fine particle layers having different arrangement positions of particles in a plane are sequentially stacked, and a two-fine particle layer having different arrangement positions of particles in a plane is sequentially stacked. Although there is a hexagonal close-packed structure, the interval (pitch) d between two adjacent fine particle layers is the same, and the relationship with the diameter D of the fine particles is represented by the following (formula 2).
d = (2 × 3)1/2  D / 3 (Equation 2)
[0014]
Substituting 280 nm for the diameter of the silica fine particles as D and 1.36 for the mode refractive index of the silica fine particles as n in (Equation 1) and (Equation 2).0= 622 nm. This is the measured value λ0= 624.5 nm.
[0015]
From the above, in the silica fine particle layer 53 of FIG. 22B formed in a self-organizing manner by the pulling rotation method, a periodic particle arrangement having a close-packed structure is formed at least partially, and this is , 624.5 nm as the central wavelength.
[0016]
Furthermore, a model calculation that simplifies the close-packed structure shows that when silica fine particles having a refractive index of 1.36 and a particle size of 280 nm are used, a reflection layer having a sharp peak at around 625 nm and a half width of about 30 nm can be formed. This result is in good agreement with the experimental value. In this calculation, the incident light having a wavelength of 625 nm penetrates only from the surface to the 8th to 15th layers, and most of the light is reflected up to this vicinity to reverse the traveling direction. The boundary is also shown. From this result, it is understood that when the light reflecting layer is formed using the silica fine particles, about 11 layers are sufficient.
[0017]
Further, the wavelength λ of the light reflected by the aggregate of fine particles0  And the diameter D of the fine particles are considered to have a proportional relationship shown in (Equation 1) and (Equation 2). Wavelength λ0Can be formed in a self-assembled manner. Such a fine particle layer of silica or the like is a material useful as an optical medium such as a reflector that reflects only light of a specific wavelength.
[0018]
Therefore, in this specification, a particle aggregate formed in a self-organizing manner and reflecting only light of a specific wavelength is called a photonic crystal, and reflection of light of a specific wavelength by the photonic crystal is called Bragg reflection. To In addition, a fine particle aggregate having good Bragg reflection characteristics in which fine particles are regularly arranged and have few defects such as particle loss and disorder in arrangement may be referred to as a “highly crystalline” fine particle aggregate.
[0019]
FIG. 23 illustrates the relationship between the diameter of silica fine particles and the Bragg reflection wavelength for silica fine particles having a refractive index of n = 1.36. That is, when silica fine particles having a particle diameter of 305 nm are used, a fine particle aggregate that reflects red light (wavelength: about 645 nm) can be formed. When silica fine particles having a particle diameter of 250 nm are used, green light (wavelength: about 535 nm) can be formed. A fine particle aggregate that reflects light can be formed, and if silica fine particles having a particle diameter of 220 nm are used, a fine particle aggregate that reflects blue light (wavelength: about 465 nm) can be formed. Here, the refractive index n and the wavelength λ0Between λ0There is a relation of ∝1 / n.
[0020]
FIG. 24 shows a basic structure of a reflective screen based on a preferred embodiment of the invention of the prior application. In this screen, photonic crystal layers (fine particle layers) 2 to 4 that selectively reflect only light in a narrow wavelength region near the three primary colors are provided as light reflecting surfaces, and the photonic crystal layers are provided below the photonic crystal layers in the thickness direction. A visible light absorbing layer 1 that absorbs visible light transmitted through the layers 2 to 4 is provided. Specifically, 11 layers of silica fine particles having a particle diameter of 290 nm are laminated as the red light reflecting layer 2, 11 layers of silica fine particles having a particle diameter of 240 nm are laminated as the green light reflecting layer 3, and blue light is further laminated thereon. As the reflection layer 4, silica fine particles having a particle diameter of 210 nm are laminated. The silica particles used this time have a refractive index of n = 1.36 to 1.43. This refractive index slightly varies depending on the conditions for producing the silica fine particles. As the visible light absorbing layer 1, for example, a black base material made of carbon is used.
[0021]
When an image is displayed on the above-mentioned screen, three primary colors of red (R), green (G), and blue (B) are projected onto the screen from a projector or the like, and various colors are mixed by the color mixture on the screen. To form an image. These three primary color lights are reflected by the photonic crystal layers 2 to 4 provided on the screen, reach the eyes of an observer, and are perceived as an image.
[0022]
As mentioned earlier, various external light irrelevant to the image enters the screen. On a white screen, the external light is reflected in the same manner as the image, deteriorating the contrast of the image. However, even when external light is incident on the screen, most of the light is not reflected by the photonic crystal layers 2 to 4 but is absorbed by the visible light absorbing layer 1. This is because, unlike the three primary color lights, the external light contains light of various wavelengths, and most of the light is out of the wavelength region near the three primary color lights that the photonic crystal layers 2 to 4 can reflect. Because it is. Therefore, external light hardly overlaps the image and enters the eyes of the observer. As a result, when the above-described screen is used, the deterioration of the contrast due to the external light becomes small, and the dark part of the image can be displayed on the screen as a true dark part. Also, screen display can be performed outside a dark room, such as in a room with lighting or outdoors.
[0023]
As described above, since the screen itself functions as a filter for selecting light according to the wavelength, the color reproducibility of an image is also improved for the following reasons (see FIG. 25). Since each of the three primary color lights emitted from a CRT projector or a liquid crystal projector has a large spectral half width, usually 60 to 100 nm, and poor color purity, when projected on a white screen, the color reproduction range is as shown in FIG. Is limited. On the other hand, when these lights are projected onto the screen, only the three primary color lights and light in a narrow wavelength region near the three primary colors are reflected, and the other light is absorbed. As a result, each of the three primary color lights reflected from the screen is improved to light of good color purity with a half-value width of about 30 nm. The color reproduction range of an image formed by mixing these three primary color lights is shown in FIG. To expand.
[0024]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the screen based on the invention of the prior application has excellent characteristics. However, if there is a defect 5 such as a defect of a fine particle or a disorder of arrangement in the fine particle layers 2 to 4, as shown in FIG. In the defective portion 5, scattering of external light occurs. When such external light is scattered, the external light is not sufficiently absorbed, the contrast of the image is reduced, and the dark portion of the image cannot be displayed as a true dark portion on the screen.
[0025]
One solution to this problem is to increase the crystallinity of the fine particle layers 2 to 4 and reduce the defects 5 that cause scattering. However, it is unlikely that the crystallinity of the fine particle layers 2 to 4 will dramatically increase unless there is a breakthrough in the method of forming the fine particle layers 2 to 4.
[0026]
An object of the present invention is to provide a structure having a reflective layer that reflects a specific visible light, and in which a defective portion of the reflective layer scatters external light and in which image quality is unlikely to be reduced, in view of the above-described circumstances. Another object of the present invention is to provide a light reflection type optical medium applicable to a reflection type screen or the like.
[0027]
[Means for Solving the Problems]
That is, the present invention provides a reflective layer that reflects light in a single visible light region or a plurality of visible light regions, and at least one of the inside of the reflective layer, the upper part in the thickness direction, and the lower part in the thickness direction. The present invention relates to a light reflection type optical medium containing a visible light absorbing substance.
[0028]
According to the present invention, the light reflective optical medium includes the reflective layer that reflects light in the single visible light region or a plurality of visible light regions. Has an effect as a filter for selecting only the visible light of the wavelength region. Therefore, for example, a reflection type screen is formed using the light reflection type optical medium, and the light of the single visible light region or a plurality of visible light regions reflected by the light reflection type optical medium is projected from a projector or the like. If a display system for forming an image is formed by using the above-described method, the image is correctly displayed, while most of the extraneous light irrelevant to the image, which is incident on the screen except from a projector or the like, is removed by the filtering. As a result, it is possible to construct a display system in which the contrast is not deteriorated by external light, and it is possible to display a dark part of an image as a true dark part on a screen. Also, screen display can be performed outside a dark room, such as in a room with lighting or outdoors.
[0029]
The light reflection type optical medium contains a visible light absorbing substance in at least one of the inside of the reflection layer, the upper part in the thickness direction, and the lower part in the thickness direction. Therefore, even if external light is incident on the light reflection type optical medium, a part of the light is absorbed by the visible light absorbing substance before reaching the defective portion of the reflection layer. Since the amount of light incident on the defect, which is the source of the scattered light, is reduced, the scattered light is reduced. Further, even when external light is scattered by the defective portion of the reflective layer, the scattered light is absorbed by the visible light absorbing substance, and thus the scattered light reaching the observer's eyes is reduced. As a result, in the light-reflective optical medium, even if the reflective layer has a defect, the defect rarely causes deterioration in image quality due to scattering of external light.
[0030]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In the present invention, the reflection layer is preferably formed by a fine particle layer made of fine particles having a particle diameter, a material, or a shape corresponding to the wavelength of visible light to be reflected. The method for forming the fine particle layer is not particularly limited, but it is preferable that the fine particles are regularly arranged by self-organization or close packing to form the fine particle layer. In the fine particle layer, the fine particles are preferably stacked in multiple layers in the thickness direction. The material of the fine particles is not particularly limited, but silica fine particles or fine particles of a material having the same refractive index as silica are particularly preferable.
[0031]
A visible light absorbing layer that absorbs visible light is provided below the reflective layer in the thickness direction, and visible light transmitted through the reflective layer is absorbed by the visible light absorbing layer. Good. Accordingly, it is possible to absorb external light and prevent transmission of light that enters the screen from behind and exits forward.
[0032]
Preferably, a light diffusion layer made of a light diffusion film or the like and diffusing visible light is provided on the surface side of the light reflection type optical medium. The light diffusion layer functions to diffuse the light reflected from the screen, reduce directivity, and provide uniform brightness to the entire screen. In addition, the light diffusion layer acts as a protective layer to prevent the reflective layer from being damaged by mechanical shock.
[0033]
As the material of the light diffusion layer, a material that is transparent in the visible light region and diffuses light, that is, a material having a refractive index distribution such that the refractive index changes at each location in the light diffusion layer, or a film It is preferable that the surface has irregularities. The light diffusion film may be replaced with a microlens film having a two-dimensional microlens array formed on the surface.
[0034]
The reflection type screen according to the present invention preferably constitutes an image display system integrated with a projector for projecting an image. Here, one of the points of the present invention is to make the wavelength of light projected from the projector and displaying an image coincide with the wavelength of light reflected by the screen by the reflective layer. At this time, as the half width of the spectrum of the projection light is narrower, the half width of the reflection spectrum of the reflection layer can be narrowed without reducing the light amount of the projection light, and the effect of the present invention can be exhibited more effectively.
[0035]
As the light source having a narrow spectral half width, a light emitting diode and, particularly, a semiconductor laser are preferable. As the semiconductor laser for red, for example, an AlGaInP-based laser is preferable, for the semiconductor laser for green, for example, an InGaN-based laser is preferable, and for the semiconductor laser for blue, for example, a GaN-based laser is preferable.
[0036]
It is preferable that the reflection layer comprises at least one of three primary color light reflection layers of a red light reflection layer, a green light reflection layer, and a blue light reflection layer. The reflection wavelength is not particularly limited, but for full-color display, it is preferable that the reflection layer reflects at least one of the three primary color lights. In this case, light having a shorter wavelength is more likely to be scattered. In order to reduce the scattered light, the blue light reflecting layer, the green light reflecting layer, and the It is preferable that the red light reflecting layers are laminated in this order.
[0037]
Particle diameter or periodic length of fine particles forming the red light reflecting layer, particle diameter or periodic length of fine particles forming the green light reflecting layer, and particle diameter or periodic length of fine particles forming the blue light reflecting layer It is preferable that the particle diameter or the periodic length is smaller in the order of the red light reflecting layer, the green light reflecting layer, and the blue light reflecting layer. Here, the term “periodic length” means a distance (pitch) between two fine particle layers that are vertically stacked adjacent to each other in the fine particle layer.
[0038]
The visible light absorbing substance may be contained in the gaps between the fine particles or in the fine particles, or a layer containing the visible light absorbing substance may be provided at a boundary between the fine particle layers.
[0039]
While taking care not to attenuate the three primary color lights forming an image as much as possible, the visible light absorption contained in each of the reflection layers is made so that the effect of reducing the scattered light by the visible light absorbing substance is maximized. When optimizing a substance, the following should be performed. That is, the reflection layer is formed by stacking the blue light reflection layer, the green light reflection layer, and the red light reflection layer in this order from the light incident side so that scattering is reduced. In addition, the blue light reflecting layer does not contain the visible light absorbing material, the green light reflecting layer transmits green light to red light, and has a shorter wavelength than green light. The visible light absorbing material that absorbs light is contained, and the red light reflecting layer contains the visible light absorbing material that transmits red light and absorbs blue light to yellow light having a shorter wavelength than red light.
[0040]
In such a case, the visible light absorbing substance is not particularly limited, but is preferably a metal fine particle or a pigment that absorbs light of a specific wavelength. For example, the green light reflecting layer preferably contains silver fine particles or a yellow pigment, and the red light reflecting layer preferably contains gold fine particles or a red pigment.
[0041]
On the other hand, in the case where the absorption of the three primary colors by the visible light absorbing material is somewhat tolerated, for example, the blue light reflecting layer may contain the visible light absorbing material that absorbs blue light. However, in order to prevent excessive absorption of the three primary colors, it is necessary to consider that the depth of penetration of the light by the visible light absorbing substance (described in detail later) is larger than the thickness up to the bottom surface of the reflective layer. Is good.
[0042]
In such a case, the visible light absorbing substance is not particularly limited, and other than metal fine particles and pigments, a substance having no property of absorbing only light in a specific wavelength region, such as carbon black, may be used. You can also.
[0043]
Here, when the blue light reflecting layer, the green light reflecting layer, and the red light reflecting layer are stacked in this order in the traveling direction of the incident light (lower in the thickness direction), the light has a short wavelength. It is preferable to use the above visible light absorbing substance having a high absorption coefficient and a low absorption coefficient for long wavelength light.
[0044]
Conversely, when the red light reflecting layer, the green light reflecting layer, and the blue light reflecting layer are sequentially stacked in the traveling direction (lower in the thickness direction) of the incident light, the light has a short wavelength. It is preferable to use the above visible light absorbing substance having a high absorption coefficient and a low absorption coefficient for long wavelength light.
[0045]
Next, a preferred embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
[0046]
FIG. 1 is an enlarged sectional view of a main part showing the principle of reducing scattered light in a reflection type screen formed of a light reflection type optical medium according to a preferred embodiment of the present invention. In this reflection type screen, a red light reflection layer 2, a green light reflection layer 3, and a blue light reflection layer 4, which are photonic crystal layers, are laminated on a substrate also serving as a visible light absorption layer 1. The reflective layers 2 to 4 reflect three primary color lights projected from a projector or the like to form a full-color image. Since light having a shorter wavelength is more susceptible to scattering, as shown in FIG. 1, in order to reduce the scattered light, the blue light reflecting layer 4, the green light reflecting layer 3, and the red light reflecting layer 2 are arranged in this order from the light incident side. It is desirable that the layers are stacked.
[0047]
Eleven layers of silica fine particles having a particle diameter of 290 nm are laminated as the red light reflecting layer 2, and eleven layers of silica fine particles having a particle diameter of 240 nm are laminated thereon as the green light reflecting layer 3. Silica fine particles having a particle diameter of 210 nm are laminated (the same applies hereinafter; see FIG. 23 for the Bragg reflection wavelength). As the visible light absorbing layer 1, for example, a black base material made of carbon is used.
[0048]
Although not shown, at least one of the photonic crystal layers 2 to 4 and / or at least one of the boundaries between the layers contains a visible light absorbing substance. When external light is incident on the photonic crystal layer, a part of the light is absorbed by the visible light absorbing substance before reaching the defect portion of the photonic crystal layer. Since the amount of light incident on the defect, which is the source of the scattered light, is reduced, the scattered light is reduced. Further, even when external light is scattered due to a defect in the photonic crystal layer, the scattered light is absorbed by the visible light absorbing material, so that scattered light reaching the eyes of the observer is reduced.
[0049]
The material of the visible light absorbing substance is not particularly limited, and any material that can absorb light, such as metal fine particles, pigments, and carbon fine particles, can be used. The following specifically describes which layer of the photonic crystal layers 2 to 4 should contain a visible light absorbing substance having what kind of visible light absorbing property.
[0050]
Embodiment 1
In the present embodiment, each photonic crystal layer is designed so that the three primary colors forming an image are not attenuated as much as possible, and the effect of reducing the scattered light of the visible light absorbing substance is maximized. This is an example in the case where the contained visible light absorbing substance is optimized.
[0051]
That is, since all three primary color lights for forming an image are incident on the blue light reflecting layer 4, it is preferable not to contain a visible light absorbing substance so that the three primary color lights are not absorbed. Of course, if there is a visible light absorbing material that can absorb light in the intermediate wavelength region without absorbing the three primary color lights in the wavelength region reflected by the photonic crystal layers 2 to 4, it is used as the blue light reflecting layer 4. May be contained.
[0052]
Since blue light of the three primary color lights is reflected by the blue light reflection layer 4, the three primary color lights entering the green light reflection layer 3 are green light and red light. As a visible light absorbing substance contained in the green light reflecting layer 3 so as not to absorb these, a substance that transmits green light to red light and absorbs blue light to blue green light having a shorter wavelength than green light is used. Good to use. Of course, if there is a visible light-absorbing substance capable of absorbing light in the intermediate wavelength region without absorbing green light and red light in the wavelength region reflected by the photonic crystal layers 2 and 3, the visible light absorbing material may be used as the green reflection layer 3. May be contained.
[0053]
The three primary color lights entering the red light reflection layer 2 are only red light. As a visible light absorbing substance contained in the red light reflecting layer 2, it is preferable to use a substance that transmits red light and absorbs blue light to yellow light having a shorter wavelength than red light so as not to absorb the light. . Of course, if there is a visible light absorbing substance capable of absorbing the light in the other red light region without absorbing the red light in the wavelength region reflected by the photonic crystal layer 2, the visible light absorbing material is contained in the red light reflecting layer 2. May be.
[0054]
In the present embodiment, fine metal particles are used as the visible light absorbing substance, and surface plasmon absorption of the fine metal particles is used. Since the surface area per unit volume is increased by making the particles fine, the efficiency with which the metal absorbs light increases. In order to increase the surface effect, nano-particles having a diameter on the order of nanometers, preferably 1 to 100 nm in diameter, and particularly preferably 1 to 10 nm in diameter are used as the metal fine particles.
[0055]
FIG. 2 shows an absorption spectrum of fine particles of gold, silver and copper as an example of surface plasmon absorption of fine metal particles. From FIG. 2, it can be seen that the absorbance characteristics differ depending on the surface properties of the fine particles.
[0056]
Note that the absorbance in FIG. 2 is defined as follows. Incident light intensity I0And the logarithm of the ratio (light attenuation ratio) to the transmitted light intensity I (light attenuation ratio) is proportional to the thickness L of the absorbing medium.
I = I0e−α L                  ... (Equation 3)
When holds, this relationship is called Lambert's law. Here, α is called an absorption coefficient, and αL is called an absorbance or an optical density.
[0057]
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a main part of a reflection type screen in which metal fine particles are put in a gap between the fine particles of the photonic crystal layer. As described above, the blue light reflecting layer 4 does not contain a visible light absorbing substance, and the green light reflecting layer 3 contains the silver fine particles 11 that absorb blue light to blue green light (light having a wavelength of 400 to 500 nm). The red light reflecting layer 2 has a structure in which gold fine particles 12 that absorb blue light to orange light (light having a wavelength of 400 to 600 nm) are contained.
[0058]
By making the structure of the light reflection type optical medium as described above, a reflection type screen which is excellent in color reproducibility with little deterioration of contrast due to external light can be constituted as in the prior application. Moreover, the effect of reducing the scattered light by the visible light absorbing substance including the silver fine particles 11 and the gold fine particles 12 can be maximized without impairing the three primary color lights for forming an image as much as possible. As a result, even if there is a defect in the photonic crystal layers 2 to 4, it is possible to configure a reflective screen that is less likely to cause a deterioration in image quality due to scattering of external light.
[0059]
In this embodiment, the case where metal fine particles are contained in the gap between the fine particles constituting the photonic crystal layers 2 to 4 has been described. However, the same effect can be obtained even if the metal fine particles are contained in the fine particles themselves. can get. Also, the photonic crystal layers 2 to 4 do not necessarily need to contain metal fine particles, and a layer containing metal fine particles may be provided at the boundary between the photonic crystal layers. Good.
[0060]
Embodiment 2
In the present embodiment, as in the first embodiment, the three primary colors forming the image are considered so as not to be attenuated as much as possible, and the effect of reducing the scattered light of the visible light absorbing substance is maximized. This is an example of optimizing the visible light absorbing substance contained in each photonic crystal layer.
[0061]
The only difference from the first embodiment is that a pigment is used as a visible light absorbing substance. FIG. 4A is a transmission spectrum of the yellow pigment 13 which mainly absorbs blue light to blue green light and transmits green light to red light, and FIG. 4B shows absorption spectrum of blue light to yellow light. 3 is a transmission spectrum of a red pigment 14 transmitting red light.
[0062]
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a main part of a reflective screen in which a pigment is filled in the gap between the fine particles of the photonic crystal layer. As described above, the blue light reflecting layer 4 does not contain a visible light absorbing substance, and the green light reflecting layer 3 contains the yellow pigment 13 that absorbs blue light to blue green light (light having a wavelength of 400 to 500 nm). The red light reflective layer 2 has a structure in which a red pigment 14 that absorbs blue light to yellow light (light having a wavelength of 400 to 600 nm) or a pigment that absorbs only green light is included.
[0063]
By making the structure of the light reflection type optical medium as described above, a reflection type screen which is excellent in color reproducibility with little deterioration of contrast due to external light can be constituted as in the prior application. In addition, the effect of reducing the scattered light by the visible light absorbing substance including the yellow pigment 13 and the red pigment 14 can be maximized without impairing the three primary colors forming the image as much as possible. As a result, even if there is a defect in the photonic crystal layers 2 to 4, it is possible to configure a reflective screen that is less likely to cause a deterioration in image quality due to scattering of external light.
[0064]
In the present embodiment, the case where the pigment is contained in the gap between the fine particles constituting the photonic crystal layers 2 to 4 has been described, but the same effect can be obtained even if the pigment is contained in the fine particles themselves. . Further, the pigment does not necessarily have to be contained in the photonic crystal layers 2 to 4. As described later, a layer containing the pigment is provided at the boundary between the photonic crystal layers. It may be provided.
[0065]
Embodiment 3
The first and second embodiments have a structure in which the three primary colors forming an image are not attenuated as much as possible. For example, the blue light reflective layer has no visible light absorbing material that absorbs blue light, the green light reflective layer has no visible light absorbing material that absorbs green light, and the red light reflective layer has no visible light absorbing material. There is no visible light absorbing substance.
[0066]
However, in the case where the absorption of the three primary colors by the visible light absorbing substance is somewhat tolerated, for example, the blue light reflecting layer may contain a visible light absorbing substance that absorbs blue light. Hereinafter, such a case will be described.
[0067]
As described above, the intensity of the incident light is I0  If the intensity of light passing through is I, the absorption coefficient of the light absorbing medium is α, and the thickness of the light absorbing medium is L, Lambert's law
I = I0e−α L                  ... (Equation 3)
Holds. In the present specification, the thickness of the light absorbing medium in which light attenuates to 1 / e is called the light penetration depth, and the symbol L1 / e  Will be shown. In (Equation 3)
I / I0  = 1 / e
In other words, the absorption coefficient α and the light penetration depth L1 / e  Between
αL1 / e  = 1 (Equation 4)
And L1 / e  Is inversely proportional to α. α is larger as the light absorbing substance is more likely to absorb light of that wavelength, and is larger as the concentration of the light absorbing substance in the light absorbing medium is higher.
[0068]
Here, as a simplest example, consider a case where a visible light absorbing material that absorbs light of three primary colors is contained in the entire photonic crystal layer at a uniform concentration. Even in such a case, by appropriately selecting the visible light absorbing substance and its concentration, as shown in FIG. 6A or 6B, the penetration depth of each of the three primary color lights can be reduced by three times from the surface. If the primary color light can be made sufficiently large compared to the thickness of the bottom surface of the reflective layer, the visible light absorbing substance can effectively exert the action of reducing the scattered light without impairing the three primary color lights. it can. However, FIG. 6A shows a case where the photonic layer is laminated in the order of the blue light reflecting layer 4, the green light reflecting layer 3, and the red light reflecting layer 2 from the light incident side, and FIG. Conversely, this corresponds to the case where the red light reflecting layer 2, the green light reflecting layer 3, and the blue light reflecting layer 4 are stacked in this order from the light incident side.
[0069]
For example, in FIG. 6A, the penetration depth of the blue light is sufficiently larger than the thickness of the blue light reflection layer 4. Therefore, the blue light is reflected by the blue light reflecting layer 4 before being attenuated by the absorption by the visible light absorbing substance, so that the loss of the blue light by the visible light absorbing substance is small. Similarly, the penetration depth of the green light is sufficiently larger than the thickness up to the bottom surface of the green light reflecting layer 3, so that the green light is absorbed by the visible light absorbing substance before being attenuated by the green light reflecting layer 3. , And is reflected, so that the loss of green light by the visible light absorbing substance is small. Similarly, since the penetration depth of the red light is sufficiently larger than the thickness up to the bottom surface of the red light reflecting layer 2, the red light is absorbed by the visible light absorbing substance before being attenuated by the red light reflecting layer 2. , And is reflected, so that the loss of red light by the visible light absorbing substance is small. The same applies to the case of FIG.
[0070]
In principle, the visible light absorbing substance may be any material that absorbs light, for example, carbon black, metal fine particles, pigments, or a mixture thereof. It is not necessary that the material be a visible light absorbing material that absorbs only light in a specific wavelength range.
[0071]
However, in the case of FIG. 6A, since the thickness from the surface to the bottom surface of the reflective layer becomes larger in the order of the blue light reflective layer 4, the green light reflective layer 3, and the red light reflective layer 2, light having a longer wavelength enters. It is desirable to increase the depth. That is, as shown in FIG. 7A, it is preferable to use the visible light absorbing material having a high absorption coefficient for short wavelength light and a low absorption coefficient for long wavelength light. desirable. Conversely, in the case of FIG. 6B, since the thickness from the surface to the bottom surface of the reflective layer increases in the order of the red light reflective layer 2, the green light reflective layer 3, and the blue light reflective layer 4, light with shorter wavelengths It is desirable to make the penetration depth large, and as shown in FIG. 7B, the absorption coefficient has a low absorption coefficient for short-wavelength light and a high absorption coefficient for long-wavelength light. It is desirable to use the visible light absorbing substance having the following.
[0072]
By making the structure of the light reflection type optical medium as described above, a reflection type screen which is excellent in color reproducibility with little deterioration of contrast due to external light can be constituted as in the prior application. Moreover, by reflecting each of the three primary colors forming an image in a region having a thickness smaller than the penetration depth, the effect of reducing the scattered light by the visible light absorbing material can be effectively reduced while minimizing attenuation of the three primary colors. Can be demonstrated. As a result, even if there is a defect in the photonic crystal layers 2 to 4, it is possible to configure a reflective screen that is less likely to cause a deterioration in image quality due to scattering of external light.
[0073]
As described above, as the simplest example, the case where the visible light absorbing material that absorbs the three primary colors is contained in the photonic crystal layer at a uniform concentration has been described. Alternatively, a visible light absorbing substance may be added only to a part of the photonic crystal layer. Further, the visible light absorbing substance may be put in the gap between the fine particles constituting the photonic crystal, or may be previously contained in the fine particles.
[0074]
Embodiment 4
In the first to third embodiments, the case where the visible light absorbing substance is contained in the photonic crystal layers 2 to 4 has been described, but it is not always necessary to contain the visible light absorbing substance in the photonic crystal. In this embodiment mode, a layer containing a visible light absorbing substance is provided at a boundary portion between the photonic crystal layers.
[0075]
FIG. 8 shows that a yellow pigment that absorbs blue light to blue-green light (light having a wavelength of 400 to 500 nm) is applied to a polymer film at the boundary between the blue light reflecting layer 4 and the green light reflecting layer 3 of the photonic crystal layer. The yellow filter layer 15 was attached, and a red pigment that absorbs blue light to yellow light (light having a wavelength of 400 to 600 nm) was attached to the boundary between the green light reflecting layer 3 and the red light reflecting layer 2. This is a structure provided with a red filter layer 16 attached to a polymer film.
[0076]
In this case, the blue light of the three primary color lights is reflected by the blue light reflecting layer 4 and is not affected by the filter layers 15 and 16. The green light passes through the yellow filter layer 15 before and after being reflected by the green light reflection layer 3, but the yellow filter layer 15 absorbs blue light to blue-green light. It is not absorbed by the filter layer 15. Similarly, the red light passes through the yellow filter layer 15 and the red filter layer 16 before and after being reflected by the red light reflection layer 2, but the yellow filter layer 15 and the red filter layer 16 absorb the red light. Since the light is blue light to yellow light, red light is not absorbed by the filter layers 15 and 16. On the other hand, external light and scattered light are effectively absorbed by the yellow filter layer 15 and the red filter layer 16.
[0077]
Of the above filter layers, the use of only the yellow filter layer 15 is effective, and the use of only the red filter layer 16 is effective. In the case where external light can be sufficiently absorbed by the yellow filter layer 15 and the red filter layer 16, the visible light absorbing layer 1 can be omitted. Therefore, as a modified example of the structure of FIG. 8, the same effect can be obtained by replacing the red light reflecting layer 2 with a reflecting material 19 having no special reflection wavelength characteristic, for example, a metal film such as aluminum. Obtainable.
[0078]
Accordingly, by making the structure of the light reflection type optical medium as shown in FIG. 8 or FIG. 9, a reflection type screen having a small deterioration of contrast due to external light and excellent color reproducibility is formed as in the prior application. it can. Moreover, the effect of reducing the scattered light by the visible light absorbing substance composed of the yellow pigment or the red pigment can be maximized without impairing the three primary color lights for forming an image as much as possible. As a result, even if there is a defect in the photonic crystal layers 2 to 4, it is possible to configure a reflective screen that is less likely to cause a deterioration in image quality due to scattering of external light.
[0079]
Here, a pigment was used as the visible light absorbing substance, but any metal fine particles or any other substance capable of absorbing visible light can be used. This structure has an advantage that a visible light absorbing substance which is difficult to be contained in the gap between the fine particles or in the fine particles, such as a vapor-deposited film, can be used.
[0080]
Next, a process of manufacturing the reflection type screen of FIG. 8 using the transfer of the photonic crystal layers 2 to 4 will be described below with reference to FIGS.
[0081]
First, as shown in FIG. 10A, silica fine particles are deposited on a substrate 41 by a pulling-up method from a dispersion liquid in which silica fine particles are dispersed in water, and a photonic crystal layer 2 for Bragg reflection of red light is formed. Form. The substrate 41 may be anything as long as the silica fine particle dispersion is wet. For example, a polyethylene terephthalate (PET) film subjected to sand matting may be used, or a glass substrate may be used. Similarly, a photonic crystal layer 3 that reflects green light and a photonic crystal layer 4 that reflects blue light are separately manufactured.
[0082]
Next, after the transparent pressure-sensitive adhesive sheet 17 having the pressure-sensitive adhesive on both sides thereof is pressed on the photonic crystal layer 2 (FIG. 10B), the pressure-sensitive adhesive sheet 17 is separated from the substrate 41 by separating the pressure-sensitive adhesive sheet 17 from the substrate 41. Is transferred to the photonic crystal layer 2 (FIG. 10C). At this time, since the other surface of the adhesive sheet 17 has the protective film 18 stuck thereon, the other surface of the adhesive sheet 17 does not adhere to anything else.
[0083]
Next, as shown in FIG. 10D, the protective film 18 is peeled off, and the red filter 16 is bonded to the adhesive surface of the adhesive sheet 17 thereon. Similarly, although not shown, the photonic crystal layer 3 that reflects green light is also transferred to the adhesive sheet, and then the yellow filter 15 is attached to the adhesive surface. After transferring the photonic crystal layer 4 that reflects blue light to the adhesive sheet, the light diffusion film 22 is attached to the adhesive surface.
[0084]
Next, as shown in FIG. 11E, a transparent pressure-sensitive adhesive sheet 17 having a pressure-sensitive adhesive on both sides is also bonded to the surface on the opposite side of the photonic crystal layer 2. Similarly, although not shown, the double-sided pressure-sensitive adhesive sheet 17 is also bonded to the surface on the opposite side of the photonic crystal layers 3 and 4.
[0085]
Next, after removing the protective film 18 remaining on the photonic crystal layers 2 to 4, as shown in FIG. 11F, the visible light absorbing layer 1 also serving as a substrate such as a black PET film and the photonic crystal layer A member composed of the layer 2 and the red filter 16, a member composed of the photonic crystal layer 3 and the yellow filter 15, and a member composed of the photonic crystal layer 4 and the light diffusion film 22 are bonded and integrated. Then, the reflection type screen shown in FIG. 8 is completed.
[0086]
As described above, in the reflective screen according to the embodiment of the present invention, even when external light unrelated to the image enters the screen, the contrast of the image does not deteriorate, and the black Can provide a perfect image. Further, it is not always necessary to perform the projection in a dark room, and the contrast does not deteriorate under a normal fluorescent lamp or outdoors. In particular, by reducing the scattering of light due to defects in the photonic crystal, the effect of black sinking becomes greater.
[0087]
Further, when an image is formed by projecting light having a small half-value width and high color purity, such as a laser or an LED (Light Emitting Diode), only light of an image is efficiently and selectively reflected to emit light of another wavelength. By cutting, the black will sink well while maintaining high contrast. In addition, even when light such as a liquid crystal projector having a large spectral half width of each of the three primary colors is projected, the color reproducibility on the chromaticity diagram is improved, and pure colors can be expressed.
[0088]
【Example】
Next, preferred embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
[0089]
Example 1: When metal fine particles are used as a visible light absorbing substance
First, after verifying the effect of reducing the scattered light by the fine gold and silver particles, a reflective screen having the structure shown in Embodiment 1 (see FIG. 3) was manufactured.
[0090]
The gold fine particle dispersion was prepared by dispersing 7 mg of gold fine particles having a diameter of about 7 nm in 3.4 g of toluene. FIG. 12A is a transmission spectrum of the gold fine particle dispersion. The spectrum was measured using a spectrometry cell 30 in which a U-shaped spacer 32 was sandwiched between two glass plates 31 (see FIG. 12B). At this time, the measurement was carried out for two cases in which the thickness of the dispersion liquid was changed to 35 μm by changing the thickness of the spacer 32, and in the case where the thickness was increased to increase the absorbance. It can be seen that the transmittance is low on the short wavelength side of 630 nm or less due to plasmon absorption of the gold fine particles.
[0091]
From a dispersion in which silica fine particles having a diameter of 290 nm were dispersed in water, a photonic crystal layer of silica fine particles was formed on a PET substrate by a lifting method. The fine particle layer performs Bragg reflection of red light having a wavelength of 640 nm. The gold fine particle dispersion prepared above was applied to the fine particle layer three times by a pulling-up method to prepare a sample screen. FIG. 13 shows the results of measuring the reflection spectra of the sample screen at several points where the gold fine particle dispersion was applied and where it was not applied. In this case, in consideration of the bias in the thickness of the photonic crystal layer (thickness distribution in the plane), the portions where the dispersion liquid is applied and the portions where the dispersion liquid is not applied are measured at portions having substantially the same thickness as each other. did.
[0092]
Referring to FIG. 13 (a), the Bragg reflection intensity around the wavelength of 640 nm varies considerably at each measurement point, but is significant when the gold fine particle dispersion is applied (solid line) and not (dotted line). No difference is seen. This is presumably because the gold fine particles transmitted red light and did not affect light near the wavelength of 640 nm.
[0093]
On the other hand, in the wavelength region of 400 to 550 nm where scattered light is dominant, the scattered light intensity is small when the gold fine particle dispersion is applied. FIG. 13B is an enlarged view of the spectrum in the wavelength region. It can be seen that there is considerable variation between measurement points, but there is a significant difference between when the gold fine particle dispersion is applied (solid line) and when it is not applied (dotted line). For example, from the scattering intensity at a wavelength of 460 nm, it was found that the luminance level of black on the coated sample screen was suppressed to about 50% as compared with that without coating. This means that the scattered light was absorbed by the fine gold particles, and the black became deeper.
[0094]
Next, similarly to the red light reflecting layer, a green light reflecting layer was formed using silica fine particles having a diameter of 240 nm, and the fine particle layer contained silver fine particles having a diameter of about 5 nm. Also in this case, similarly, it was confirmed that the Bragg reflection of the green light was hardly affected, and the scattered light intensity was reduced.
[0095]
Based on the above results, a reflective screen shown in FIG. 14 was produced. However, as in the first embodiment shown in FIG. 3, the red light reflecting layer 2 contains gold fine particles 12, and the green light reflecting layer 3 contains silver fine particles 11. The fabrication method is as follows.
[0096]
First, a dispersion liquid in which fine silica particles having a diameter of 290 nm were dispersed in water was applied on a black PET film 21 subjected to sand mat processing by a pull-up coating method and dried. By repeating this operation, a photonic crystal layer 2 that reflects red light was deposited to a thickness of about 3 μm. Subsequently, a dispersion obtained by dispersing 7 mg of gold fine particles in 3.4 g of toluene was applied thereon by a pull-up coating method, and then dried. Gold fine particles 12 were placed in the gap between the silica fine particles of the red light reflecting layer 2 and the silica fine particles. Contained.
[0097]
Next, a dispersion obtained by dispersing silica fine particles having a diameter of 240 nm in water was applied on the red light reflection layer 2 by a pull-up coating method, and dried. This operation was repeated, and a photonic crystal layer 3 reflecting green light was deposited to a thickness of about 3 μm. Subsequently, a dispersion liquid in which silver fine particles were dispersed in toluene was applied thereon, followed by drying, and silver fine particles 11 were contained in the gap between the silica fine particles in the green light reflecting layer.
[0098]
Further, a silica fine particle dispersion having a diameter of 210 nm was applied in the same manner to form a blue light reflecting layer having a thickness of about 3 μm. Finally, the light diffusion film 22 was stuck on the uppermost surface.
[0099]
In the reflective screen manufactured in this way, black was sunk even in a bright place due to external light, and it was confirmed that the contrast was high.
[0100]
Example 2: When a pigment is used as a visible light absorbing substance
First, after verifying the effect of reducing the scattered light by the red pigment and the yellow pigment, a reflective screen having the structure shown in Embodiment 2 (see FIG. 5) was manufactured.
[0101]
In the same manner as in Example 1, a red pigment (Dainichi Seimitsu) was formed on a photonic crystal layer formed on a PET substrate by a pull-up coating method of silica fine particle dispersion liquid and formed of silica fine particles having a diameter of 290 nm and reflecting 640 nm wavelength red light. A dispersion obtained by dispersing 0.04 g of Chromofine Red 6150EC in 1.8 g of ethanol was applied three times by a pull-up coating method to prepare a sample screen. The diameter of the pigment fine particles is several tens to 100 nm. FIG. 15 shows the results of measuring the reflection spectra of the sample screen at several points where the dispersion of the red pigment was and was not applied.
[0102]
Referring to FIG. 15A, the intensity of Bragg reflection near the wavelength of 640 nm varies considerably at each measurement point, but is significant when the gold fine particle dispersion is applied (solid line) and not (dotted line). No difference is seen. This is presumably because the red pigment transmits red light and did not affect light near the wavelength of 640 nm.
[0103]
On the other hand, in the wavelength region of 400 to 550 nm where scattered light is dominant, the scattered light intensity is small when the red pigment dispersion is applied. FIG. 15B is an enlarged view of the spectrum in the wavelength region. It can be seen that there is considerable variation between the measurement points, but there is a significant difference between when the red pigment dispersion was applied (solid line) and when it was not applied (dotted line). For example, from the scattering intensity at a wavelength of 460 nm, it was found that the luminance level of black on the sample screen when coated was suppressed to about 56% as compared with that without coating. This means that the scattered light was absorbed by the red pigment and the black became deeper.
[0104]
FIG. 16 is an external appearance photograph taken from the oblique direction by irradiating the sample screen with light from the front (this is a condition under which Bragg reflection does not occur). In the lower part where the red pigment dispersion was applied, it can be seen that the scattered light was reduced and the black was deepened.
[0105]
Next, a green light reflecting layer is formed using silica fine particles having a diameter of 240 nm in the same manner as the red light reflecting layer, and a yellow pigment (Dainichi Seika Co., Ltd., ECY-297 (PY-138)) is formed on the fine particle layer. Was contained. The diameter of the pigment fine particles is several tens to 100 nm. Also in this case, similarly, it was confirmed that the Bragg reflection of the green light was hardly affected, and the scattered light intensity was reduced.
[0106]
Based on the above results, a reflective screen shown in FIG. 14 was produced. However, similar to the second embodiment shown in FIG. 5, the red light reflecting layer 2 contains a red pigment 14 and the green light reflecting layer 3 contains a yellow pigment 13. The fabrication method is as follows.
[0107]
First, a dispersion liquid in which silica fine particles having a diameter of 290 nm were dispersed in water was applied on a sand matted black PET film 21 by a pull-up coating method and dried. By repeating this operation, a photonic crystal layer 2 that reflects red light was deposited to a thickness of about 3 μm. A dispersion obtained by dispersing 0.04 g of a red pigment in 1.8 g of ethanol was applied thereon by a pull-up coating method, and then dried. The red pigment 14 was placed in a gap between the silica fine particles of the red light reflecting layer 2 and the silica fine particles. Was put.
[0108]
Next, a dispersion obtained by dispersing silica fine particles having a diameter of 240 nm in water was applied on the red light reflection layer 2 by a pull-up coating method, and dried. By repeating this operation, a photonic crystal layer 3 reflecting green light was deposited to a thickness of about 3 μm. Subsequently, a dispersion liquid in which a yellow pigment was dispersed in ethanol was applied thereon, followed by drying, and the yellow pigment 13 was put in a gap between the silica fine particles in the green light reflection layer.
[0109]
Further, a silica fine particle dispersion having a diameter of 210 nm was applied in the same manner to form a blue light reflecting layer having a thickness of about 3 μm. Finally, the light diffusion film 22 was stuck on the uppermost surface. In the reflective screen thus produced, it was confirmed that black sank even in a bright place due to external light, and that the contrast was high.
[0110]
Example 3: When carbon black is used as a visible light absorbing substance
First, after verifying the effect of reducing scattered light by carbon black, a reflective screen having the structure described in Embodiment 3 was manufactured.
[0111]
First, in order to estimate the absorption coefficient of carbon black, the transmission spectrum of a dispersion in which carbon black was dispersed in water at a concentration of 0.2% by mass was measured (see FIG. 17A). The diameter of the carbon black fine particles is about 20 nm. The spectrum was measured using a spectrometry cell 30 in which a U-shaped spacer 32 was sandwiched between two glass substrates 31 and the thickness of the dispersion (gap between the glass substrates) was 35 μm (see FIG. 17B). ). The dispersion was placed in the cell 30 using capillary action. For comparison with this sample sample, the transmission spectrum of an empty sample containing no carbon black was also measured. It can be seen that the transmittance differs depending on the presence or absence of carbon black, and this difference is considered to correspond to the absorption by carbon black.
[0112]
So Lambert's law
I = I0e−α L                  ... (Equation 3)
Is used to determine the wavelength dependence of the absorption coefficient α,
αL1 / e  = 1 (Equation 4)
Was used to estimate the penetration depth when the visible light absorbing substance was carbon black. FIG. 18 shows the absorption coefficient α, and FIG. 19 shows the estimated penetration depth. Thus, the absorption coefficient α is large for short-wavelength light and small for long-wavelength light. Conversely, when the visible light absorbing substance is carbon black, the penetration depth is small for short-wavelength light. On the other hand, it can be seen that the length is shorter for light of a long wavelength.
[0113]
Utilizing these characteristics, it is desired that carbon black be uniformly contained in the red light reflecting layer, the green light reflecting layer, and the blue light reflecting layer, and that the scattered light from each of the layers be absorbed as efficiently as possible. However, it is necessary not to absorb the three primary colors so that the image is damaged. As described with reference to FIG. 6 in the third embodiment, a design may be made such that the penetration depth of absorption by carbon black is larger than the thickness from the surface to the bottom surface of the layer where Bragg reflection occurs. Based on the above, a sample having the basic structure of the reflective screen was manufactured.
[0114]
First, in the same manner as in Examples 1 and 2, a red light reflecting layer 2 composed of silica fine particles having a diameter of 290 nm and silica fine particles having a diameter of 240 nm were formed on a black PET film 21 subjected to sand matting by pulling-up application of a silica fine particle dispersion. A green light reflecting layer 3 made of and a blue light reflecting layer 4 made of silica fine particles having a diameter of 210 nm were laminated to form a sample substrate for producing a sample screen.
[0115]
A dispersion in which carbon black is dispersed in water at a concentration of 0.75% by mass and a dispersion in which carbon black is dispersed at a concentration of 5% by mass are prepared. Then, a sample substrate in which a photonic crystal layer was laminated in the order of the green light reflecting layer 3 and the blue light reflecting layer 4 was immersed for a day and a night without immersion, and their surfaces were observed with an optical microscope. The results are shown in FIG. It can be seen that the surface of the sample screen containing carbon black is sinking black. The goal is to reduce the luminance of black by half.
[0116]
By adding carbon black, the black sinks further, but it is meaningless if the three primary colors are absorbed and the Bragg reflection of the image itself is reduced. Then, the reflection spectrum of each sample screen was measured. The results are shown in FIG. It can be seen that the one immersed in the dispersion having a concentration of 5% by mass has reduced reflectance of the three primary colors. Further, it can be seen that the one immersed in the dispersion having a concentration of 0.75% by mass hardly reduces the reflection intensity of the three primary color lights as compared with the one not containing carbon black. Thus, it can be said that the treatment of dipping in a dispersion having a concentration of 5% by mass or less may be performed.
[0117]
The above-described embodiments and examples can be appropriately modified based on the technical idea of the present invention.
[0118]
Operation and Effect of the Invention
Since the light reflection type optical medium according to the present invention includes the reflection layer that reflects light in a single visible light region or a plurality of visible light regions, it functions as a filter that selects only visible light in a specific wavelength region. Is included in the light reflection type optical medium itself.
[0119]
Therefore, for example, a reflective screen is configured using a light reflective optical medium, and an image is projected by projecting light in a single visible light region or a plurality of visible light regions reflected by the light reflective optical medium from a projector or the like. If the display system to be formed is made, the image is displayed correctly, but most of the external light irrelevant to the image, which is incident on the screen other than from the projector or the like, is filtered out. As a result, it is possible to construct a display system in which the contrast is not deteriorated by external light, and it is possible to display a dark part of an image as a true dark part on a screen. Also, screen display can be performed outside a dark room, such as in a room with lighting or outdoors.
[0120]
In addition, since the light reflection type optical medium contains a visible light absorbing substance in at least one of the inside of the reflection layer, the upper part in the thickness direction, and the lower part in the thickness direction, external light is transmitted to the light reflection type optical medium. Even if the light enters, a part of the light is absorbed by the visible light absorbing material before reaching the defective portion of the reflective layer. Since the amount of light incident on the defect, which is the source of the scattered light, is reduced, the scattered light is reduced. Further, even when external light is scattered by the defective portion of the reflective layer, the scattered light is absorbed by the visible light absorbing substance, and thus the scattered light reaching the observer's eyes is reduced. As a result, in the light reflection type optical medium, even if the reflection layer has a defect, the defect rarely causes deterioration in image quality due to scattering of external light.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of a principal part showing a principle of reducing scattered light in a reflection type screen formed of a light reflection type optical medium according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an absorption spectrum based on surface plasmon absorption of fine particles of gold, silver, and copper based on Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 3 is an enlarged sectional view of a main part of the reflective screen.
FIG. 4 is a transmission spectrum of a pigment according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 5 is an enlarged sectional view of a main part of the reflection screen.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a relationship between a stacking order of three primary color light reflecting layers and a preferred penetration depth according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the relationship between the stacking order of the three primary color light reflecting layers and the preferable wavelength characteristic of the absorption coefficient of the visible light absorbing substance.
FIG. 8 is an enlarged sectional view of a main part of a reflective screen according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view of a main part of another reflective screen based on Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of a main part showing a manufacturing step of the reflective screen.
FIG. 11 is an enlarged cross-sectional view of a main part showing a manufacturing process of the reflective screen.
FIG. 12 is a transmission spectrum of a gold fine particle dispersion according to Example 1 of the present invention.
FIG. 13 is a reflection spectrum of the same sample screen.
FIG. 14 is an enlarged sectional view of a main part of the practical reflective screen.
FIG. 15 is a reflection spectrum by the sample screen of Example 2 of the present invention.
FIG. 16 is an external photograph of a sample screen of Example 2 of the present invention.
FIG. 17 is a transmission spectrum of a carbon black dispersion according to Example 3 of the present invention.
FIG. 18 is a graph showing the wavelength dependence of the absorption coefficient of the carbon black dispersion.
FIG. 19 is a graph showing the wavelength dependence of the penetration depth of the carbon black dispersion.
FIG. 20 is an image observed by an optical microscope on the surface of a sample screen according to Example 3 of the present invention.
FIG. 21 is a reflection spectrum by the sample screen of Example 3 of the present invention.
FIG. 22 is a schematic sectional view (b) showing a reflection spectrum (a) and an arrangement structure of fine particles of an aggregate of silica fine particles formed by a pull-up rotation method according to a preferred embodiment of the prior application;
FIG. 23 is a graph showing the relationship between the wavelength of light Bragg reflected by the aggregated silica particles and the diameter of the silica particles.
FIG. 24 is an enlarged sectional view of a main part of the basic structure of a reflective screen that reflects only the three primary color lights.
FIG. 25 is a chromaticity diagram showing that the color reproduction range is improved by the reflective screen that reflects only the three primary color lights.
FIG. 26 is an enlarged cross-sectional view of a main part showing the cause of the generation of scattered light in the reflective screen that reflects only the three primary color lights.
[Explanation of symbols]
1. visible light absorbing layer (substrate), 2. fine particle layer that reflects red light,
3 ... a fine particle layer that reflects green light, 4 ... a fine particle layer that reflects blue light,
5 defects (part), 6 scattered light, 11 silver fine particles, 12 gold fine particles,
13: yellow pigment, 14: red pigment, 15: yellow filter layer,
16: red filter layer, 17: double-sided adhesive sheet, 18: protective film,
19 ... reflecting material such as aluminum,
21: black PET film subjected to sand mat processing, 22: light diffusion film,
Reference numeral 30: spectrometry cell, 31: glass plate, 32: spacer, 41: substrate,
51: substrate, 52: silica fine particles, 53: silica fine particle layer

Claims (24)

単一の可視光領域又は複数の可視光領域の光を反射する反射層が設けられ、前記反射層の内部と厚さ方向上部と厚さ方向下部との少なくとも1つに可視光吸収物質が含まれている光反射型光学媒体。A reflection layer that reflects light in a single visible light region or a plurality of visible light regions is provided, and a visible light absorbing material is contained in at least one of the inside of the reflection layer, the upper part in the thickness direction, and the lower part in the thickness direction. Light-reflective optical media. 前記反射層が、反射する可視光の波長に対応する粒子径、材質又は形状を有する微粒子からなる微粒子層によって形成されている、請求項1に記載した光反射型光学媒体。The light reflection type optical medium according to claim 1, wherein the reflection layer is formed by a fine particle layer made of fine particles having a particle diameter, a material, or a shape corresponding to a wavelength of visible light to be reflected. 前記微粒子が、自己組織化又は最密充填により規則的に配列している、請求項2に記載した光反射型光学媒体。3. The light-reflective optical medium according to claim 2, wherein the fine particles are regularly arranged by self-organization or close-packing. 前記微粒子層において前記微粒子が厚み方向に多段に積層されている、請求項2に記載した光反射型光学媒体。The light reflection type optical medium according to claim 2, wherein the fine particles are stacked in multiple stages in the thickness direction in the fine particle layer. 前記微粒子がシリカ微粒子又はシリカと同じ屈折率をもつ材料の微粒子である、請求項2に記載した光反射型光学媒体。The optical medium according to claim 2, wherein the fine particles are silica fine particles or fine particles of a material having the same refractive index as silica. 前記微粒子間の隙間に前記可視光吸収物質を入れた、請求項2に記載した光反射型光学媒体。3. The light-reflective optical medium according to claim 2, wherein the visible light-absorbing substance is placed in a gap between the fine particles. 前記微粒子の中に前記可視光吸収物質を入れた、請求項2に記載した光反射型光学媒体。3. The light-reflective optical medium according to claim 2, wherein the visible light absorbing substance is contained in the fine particles. 前記反射層の厚さ方向最下部に、可視光を吸収する可視光吸収層が設けられている、請求項1に記載した光反射型光学媒体。The light reflection type optical medium according to claim 1, wherein a visible light absorbing layer that absorbs visible light is provided at a lowermost portion in a thickness direction of the reflection layer. 可視光を拡散させる層が設けられた、請求項1に記載した光反射型光学媒体。The light reflection type optical medium according to claim 1, further comprising a layer that diffuses visible light. プロジェクタから投射される画像を表示する画像表示システムに用いられる反射型スクリーンを構成している、請求項1に記載した光反射型光学媒体。The light-reflective optical medium according to claim 1, which constitutes a reflective screen used in an image display system that displays an image projected from a projector. 前記反射層が、赤色光反射層、緑色光反射層及び青色光反射層の3原色光反射層の少なくとも1つからなる、請求項1又は2に記載した光反射型光学媒体。3. The light reflection type optical medium according to claim 1, wherein the reflection layer comprises at least one of three primary color light reflection layers of a red light reflection layer, a green light reflection layer, and a blue light reflection layer. 入射光の進行方向(厚さ方向下部)に向かって、前記青色光反射層、前記緑色光反射層及び前記赤色光反射層の順に積層されている、請求項11に記載した光反射型光学媒体。The light reflection type optical medium according to claim 11, wherein the blue light reflection layer, the green light reflection layer, and the red light reflection layer are sequentially stacked in a traveling direction (a lower part in a thickness direction) of the incident light. . 前記赤色光反射層を形成する微粒子の粒子径又は周期長さ、前記緑色光反射層を形成する微粒子の粒子径又は周期長さ、及び前記青色光反射層を形成する微粒子の粒子径又は周期長さが、互いに異なっている、請求項11に記載した光反射型光学媒体。Particle diameter or periodic length of fine particles forming the red light reflecting layer, particle diameter or periodic length of fine particles forming the green light reflecting layer, and particle diameter or periodic length of fine particles forming the blue light reflecting layer Are different from each other. 前記粒子径又は周期長さが、前記赤色光反射層、前記緑色光反射層及び前記青色光反射層の順で小さくなっている、請求項13に記載した光反射型光学媒体。14. The light-reflective optical medium according to claim 13, wherein the particle diameter or the periodic length decreases in the order of the red light reflecting layer, the green light reflecting layer, and the blue light reflecting layer. 前記可視光吸収物質が金属微粒子である、請求項1に記載した光反射型光学媒体。2. The light-reflective optical medium according to claim 1, wherein the visible light absorbing substance is metal fine particles. 赤色光反射層が金微粒子を前記可視光吸収物質として含有する、請求項12に記載した光反射型光学媒体リーン。13. The light-reflective optical medium lean according to claim 12, wherein the red light-reflective layer contains fine gold particles as the visible light absorbing substance. 緑色光反射層が銀微粒子を前記可視光吸収物質として含有する、請求項12に記載した光反射型光学媒体。The light reflection type optical medium according to claim 12, wherein the green light reflection layer contains silver fine particles as the visible light absorbing substance. 前記可視光吸収物質が顔料である、請求項1に記載した光反射型光学媒体。The light-reflective optical medium according to claim 1, wherein the visible light absorbing substance is a pigment. 赤色光反射層が赤色の顔料を前記可視光吸収物質として含有する、請求項12に記載した光反射型光学媒体。13. The light reflection type optical medium according to claim 12, wherein the red light reflection layer contains a red pigment as the visible light absorbing substance. 緑色光反射層が黄色の顔料を前記可視光吸収物質として含有する、請求項12に記載した光反射型光学媒体。The light reflection type optical medium according to claim 12, wherein the green light reflection layer contains a yellow pigment as the visible light absorbing substance. 光の進入深さが前記反射層の底面までの厚みより大きい、請求項1に記載した光反射型光学媒体。The light reflection type optical medium according to claim 1, wherein a light penetration depth is larger than a thickness up to a bottom surface of the reflection layer. 入射光の進行方向(厚さ方向下部)に向かって、前記青色光反射層、前記緑色光反射層及び前記赤色光反射層の順に積層されている、短波長の光に対して高い吸収係数をもち、長波長の光に対して低い吸収係数をもつ前記可視光吸収物質を用いる、請求項21に記載した光反射型光学媒体。The blue light reflecting layer, the green light reflecting layer, and the red light reflecting layer are sequentially stacked in the traveling direction (lower in the thickness direction) of the incident light. 22. The light reflection type optical medium according to claim 21, wherein the visible light absorbing material having a low absorption coefficient with respect to light having a long wavelength is used. 入射光の進行方向(厚さ方向下部)に向かって、前記赤色光反射層、前記緑色光反射層及び前記青色光反射層の順に積層され、短波長の光に対して高い吸収係数をもち、長波長の光に対して低い吸収係数をもつ前記可視光吸収物質を用いる、請求項21に記載した光反射型光学媒体。The red light reflecting layer, the green light reflecting layer, and the blue light reflecting layer are stacked in this order toward the traveling direction of the incident light (the lower part in the thickness direction), and have a high absorption coefficient for short wavelength light, 22. The light reflection type optical medium according to claim 21, wherein the visible light absorbing substance having a low absorption coefficient for long wavelength light is used. 前記可視光吸収物質がカーボンブラックである、請求項21に記載した光反射型光学媒体。22. The light reflective optical medium according to claim 21, wherein the visible light absorbing substance is carbon black.
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