JP2005331631A - リアプロジェクションディスプレイ用スクリーン - Google Patents

Abstract

【課題】 複雑な空気界面における後方散乱およびモアレを発生させない簡単な構造からなり、かつ広い観察角度範囲にわたり画面明るさ変化の少ない高品位の画像を表示することが可能なリアプロジェクションディスプレイ用スクリーンを提供する。
【解決手段】 特定の角度領域内からの入射光を特定の角度領域内に拡散させる拡散フィルム２を複数枚重ねてなり、積層する拡散フィルムの拡散角度領域７が重複することを特徴とするリアプロジェクションディスプレイ用スクリーン３０である。重複する拡散角度領域内に入射し拡散された光全体の強度が、積層した拡散フィルム全体の拡散光強度の５％以上であることが好ましい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、リアプロジェクションディスプレイ用スクリーンに関する。

従来、リアプロジェクションディスプレイのスクリーンとして広く用いられているレンティキュラスクリーンは、図８に示すように、プロジェクタ１からの拡散光を平行光にするフレネルレンズ１０、平行光を散乱させるレンティキュラレンズ２０、およびこれらを保護する保護板３からなる（例えば非特許文献１参照）。

また、内部にランダムに配置した微粒子による拡散を利用した拡散フィルムのみからなる簡単な構造のスクリーンが知られている（例えば非特許文献２参照）。

また、２種類の異なる屈折率を有する媒体の周期構造からなり、特定の角度領域内からの入射光を特定の角度領域内に拡散させる体積型ホログラム拡散フィルム（非特許文献３参照）が存在し、これを利用したスクリーンが提案されている（特許文献１参照）。
特開平６−２５３３０３号公報 Ｋ.Ｅｂｉｎａ，"Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ ｆｏｒ Ｒｅａｒ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｓｃｒｅｅｎ" ＳＩＤ０２ＤＩＧＥＳＴ，ｐ１３４２−１３４５（２００２） Ｅ.Ｈｉｇｕｃｈｉ，"Ｈｉｇｈ−Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｓｃｒｅｅｎ：Ｅｎｈａｎｃｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｏｆ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ａｎｄ Ｆｉｎｅｎｅｓｓ" ＳＩＤ０３ＤＩＧＥＳＴ，ｐ８８２−８８５（２００３） 沖田ら：住友化学１９９１−１、ｐ３７−４８

例えば前記非特許文献１に記載されているような従来のレンティキュラスクリーンは複数の空気界面を有する複雑な構造のため後方散乱が大きいこと、および、レンズの周期構造によりモアレが発生することから、画像品位が低下するという問題を有する。

これに対して、例えば前記非特許文献２に記載されているようなスクリーンは、レンズや粗面等の表面形状における屈折を利用した拡散ではなく、内部にランダムに配置した微粒子による拡散を利用した拡散フィルムのみからなる簡単な構造のものであるから、後方散乱およびモアレ発生の問題は生じない。しかし、この拡散フィルムは微粒子の配置がランダムであることから、ガウス分布型の拡散光強度分布しか得られず、これにより構成したリアプロジェクションディスプレイ用スクリーンは観察角度により画面の明るさが異なるという問題を有する。また、十分広い拡散角度領域を得るためには、拡散フィルム内部に大量の微粒子を配置しなければならず、大量の微粒子によるランダムな多重屈折により後方散乱が大きくなり、コントラスト比が低下しかつスクリーン透過率が低下するという問題を有する。

一方、前記特許文献１記載のスクリーンは、高度に制御された内部屈折率構造により入射光を拡散させる体積型ホログラム拡散フィルムを利用しているため、表面形状における屈折を利用した拡散を行わず、かつ拡散光強度分布特性がガウス分布とならず、特定の拡散角度領域内にほぼ均一に入射光を拡散することができるものと期待した。しかし、周期構造が１次元であるため、特定の方位角方向の拡散しか得られず、また、極角方向に関しても十分な拡散角度領域の幅を得られないという問題があることが、本発明者らの検討により判明した。

そこで、本発明は、複雑な空気界面における後方散乱およびモアレを発生させない簡単な構造からなり、かつ広い観察角度範囲にわたり画面明るさ変化の少ない高品位の画像を表示することが可能なリアプロジェクションディスプレイ用スクリーンを提供することを目的とする。

本発明者らは、前記目的を達成するために、前記体積型ホログラム拡散フィルムに着目し、その拡散特性について鋭意解析・検討を行い、その結果、この拡散フィルムを複数枚、積層するフィルムの拡散角度領域を重複させ適宜順に重ねることにより、方位角方向および極角方向のいずれに関しても任意に拡散角度領域を広げることが可能であることに想到し、本発明をなした。

すなわち、本発明は、特定の角度領域内からの入射光を特定の角度領域内に拡散させる拡散フィルムを複数枚重ねてなり、積層する拡散フィルムの拡散角度領域が重複することを特徴とするリアプロジェクションディスプレイ用スクリーンである。

本発明では、重複する拡散角度領域内に入射し拡散された光全体の強度が、積層した拡散フィルム全体の拡散光強度の５％以上であることが好ましい。

本発明によれば、複雑な空気界面における後方散乱およびモアレを発生させない簡単な構造からなり、かつ広い観察角度範囲にわたり画面明るさ変化の少ない高品位の画像を表示することが可能なリアプロジェクションディスプレイ用スクリーンが実現する。

図２に示すように、本発明で用いる拡散フィルム２は、その拡散角度領域６（角度領域−α以上−β以下：拡散フィルム面の法線を角度０°とし、該法線より上側の角度を正値、下側の角度を負値とする。）から入射した光をその反対側の拡散角度領域７（β以上α以下）へ、好ましくは均一に、拡散透過させる拡散特性を有する。このような拡散フィルムとしては、例えば特殊な高分子膜からなり、その内部の異なる屈折率を有する媒体の周期的な構造の影響で、これに入射する光を入射角度の違いにより拡散透過、または直進透過させる光学特性を有するものがある。ここで拡散光の角度、および波長に対する光強度分布をほぼ均一にするために、拡散フィルムの厚さは０.１〜１ｍｍが適当である。

図３は、本発明で用いる拡散フィルムの、異なる入射角度に対する拡散特性の１例を示すグラフであり、この例では、β＝−２０°、α＝２０°の拡散角度領域を有する拡散フィルムの極角（極角：ｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎ ａｎｇｌｅ）方向に対する拡散光強度分布を示している。図から、拡散角度領域内にほぼ均一に入射光を拡散させる拡散光強度（強度：ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）分布特性を示すこと、および拡散角度領域内−１０°、０°、および１０°からの入射光に対してほぼ同様の拡散光強度分布特性を示すことがわかる。このような特定の角度領域からの入射光を特定の角度領域内に拡散させる拡散光強度分布特性により、プロジェクタ光が観察角度内にほぼ均一に拡散され、観察角度による画面明るさの変化の少ない高品位の画像を表示することができるリアプロジェクションディスプレイ用スクリーンの実現が可能となる。

図４は、異なる方位角方向に対する拡散特性の１例を示すグラフであり、（ａ）は拡散フィルム１枚の場合、（ｂ）は屈折率周期構造を非平行にして重ね配置した拡散フィルム２枚の場合である。なお、ここで、方位角は、画面内で極角方向の拡散角度領域の幅が最も広くなる方向を０°とし、反時計回りを正値、時計回りを負値とした。

図４（ａ）では、拡散フィルム１枚について、異なる方位角方向０°、４５°、および９０°における極角方向に対する拡散光強度分布特性を示した。同図から、この拡散フィルムが特定の方位角方向（図では０°方向）に入射角を拡散させる拡散特性を有し、それと異なる方向（図では４５°方向および９０°方向）に対してはほとんど入射光を拡散させないことがわかる。

図４（ｂ）では、方位角方向の拡散角度領域を拡大するために、屈折率周期構造を非平行にした上記拡散フィルム２枚を、正面方向の拡散角度領域（図４（ａ）の極角０°方向）を重複させ適宜順に重ねた試料（本発明のスクリーンに該当）の極角方向に対する拡散光強度分布特性を示した。同図から、この試料が特定の方位角方向（図では０°方向）のみでなく、それと異なる方向（図では４５°方向および９０°方向）に対しても入射光を拡散させる拡散特性を有することがわかる。ここで、図４（ｂ）の試料では効率よく方位角方向の拡散角度領域を拡大するために、２枚の拡散フィルムの屈折率周期構造を直交させて重ねた。

図５に、β＝−２５°、α＝２５°の拡散角度領域を有する拡散フィルム１枚の極角方向に対する拡散光強度分布特性を示す。ここで、β＝−２５°、α＝２５°の拡散角度領域は、特に大人数で観察することが想定されるリアプロジェクションディスプレイにおいて十分広いとは言えず、極角方向に拡散角度領域を広げることが必要不可欠である。

極角方向の拡散角度領域を拡大するために、β＝−５０°、α＝０°の拡散角度領域を有する拡散フィルム、β＝−２５°、α＝２５°の拡散角度領域を有する拡散フィルム、およびβ＝０°、α＝５０°の拡散角度領域を有する拡散フィルムの、合計３枚を、−２５°〜０°および０°〜２５°の拡散角度領域を重複させ重ねた試料（本発明のスクリーンに該当）の極角方向に対する拡散光強度分布特性を同じ図５に示す。

拡散フィルム１枚の拡散光強度分布特性と拡散フィルム３枚を重ねた試料の拡散光強度分布特性の比較から、拡散角度領域を重複させ適宜順に重ねることで拡散角度領域を拡大することが可能であることがわかる。ここで、図５の試料では効率よく極角方向の拡散角度領域を拡大するために、３枚の拡散フィルムの屈折率周期構造を平行にして重ねたが、完全に平行な状態ではなくても拡散角度領域を重複させ重ねることにより極角方向の拡散角度領域を拡大することが可能である。

ここで、「複数枚の拡散フィルムの拡散角度領域が重複する」とは、「全ての拡散フィルムのいずれの１枚も、必ず他の１枚以上の拡散フィルムと拡散角度領域が重複している」、言い換えれば「他の全ての拡散フィルムと拡散角度領域が重複しない拡散フィルムが存在しない」ということである。なお、拡散角度領域を広げる観点からは、１枚の拡散フィルムの拡散角度領域の一部が他の１枚の拡散フィルムの拡散角度領域の一部と重なるように重複させることが好ましい。

もっとも、重複する拡散角度領域に入射し拡散された光全体の強度（重複する拡散角度領域が２つ以上存在する場合は、そのうちの任意の１つに入射し拡散された光全体の強度）が、積層した拡散フィルム全体の拡散光強度の５％に満たないと、拡散角度領域を十分に拡大しえない場合があるため、拡散角度領域を十分に広げるためには、重複する拡散角度領域に入射し拡散された光全体の強度が、積層した拡散フィルム全体の拡散光強度の５％以上であることが望ましい。そのためには、例えば、拡散角度領域に入射し拡散された拡散光の強度がその拡散角度領域内で略一様な場合、拡散光強度はその拡散角度領域の幅に略比例するので、重複する拡散角度領域の幅が、積層した拡散フィルム全体（すなわち本発明のスクリーン）の拡散角度領域の幅の５％以上となるように設計すればよい。

また、さらに十分な拡散角度領域の広がりを得るためには、積層する複数の拡散フィルムのうちの任意の１枚の拡散フィルムの拡散角度領域と、他の拡散フィルムの拡散角度領域との重複部分の角度範囲は、重複相手としての他の拡散フィルムが１枚だけの場合は、その１枚に対し５°以上とし、２枚以上の場合は、それらの少なくとも１枚に対し５°以上とすることが、より一層好ましい。

以上の制御により所望する拡散角度領域の一部を拡散角度領域として有する拡散フィルムを複数枚重ねて、方位角方向および極角方向のいずれか一方または両方において積層する拡散フィルムの拡散角度領域を重複させることにより、方位角方向および/または極角方向で任意の拡散角度領域を有する、本発明のスクリーン（リアプロジェクションディスプレイ用スクリーン）を実現することができる。

図１は、本発明のスクリーンを用いた光学系の１例を示す構成図である。図１では、図８においてレンティキュラスクリーンを本発明のスクリーンで置き換えた場合について示した。同図に例示されるように、従来一般に広く用いられているレンティキュラスクリーンに置き換えて本発明のスクリーン３０を用いることにより、複雑な空気界面における後方散乱およびモアレを発生させず、広い観察角度範囲にわたり画面明るさの変化の少ない高品位の画像を表示することができる。

ここで、スクリーン裏面側（反観察者側）へのプロジェクタ光の入射角度は、図６に示すように観察角度から決定される。すなわち、スクリーン表面側（観察者側）での観察角度をβ以上α以下とするには、スクリーン裏面側へのプロジェクタ光の入射角度領域が−α以上−β以下となるように入射側の光学系を設計する必要がある。この必要を満たすべく図６では、プロジェクタ１と本発明のスクリーン３０の裏面との間に平面鏡４を配置することにより、プロジェクタ光が平面鏡４で反射して入射角度−α以上−β以下で本発明のスクリーン３０に入射するよう制御している。

本発明のスクリーンの実施例として、表１に示す拡散角度領域を有する体積型ホログラム拡散フィルムＦ１〜Ｆ６（縦２０ｃｍ×横３０ｃｍ×厚さ０.３ｍｍ）を重ね、光学機能シート用粘着フィルムで貼り合せてスクリーンを構成した。このスクリーンの拡散角度領域の設計目標は−５０°〜５０°とした。拡散フィルムＦ１〜Ｆ３の組、および拡散フィルムＦ４〜Ｆ６の組は、同じ組内では屈折率周期構造を平行とし、異なる組間では屈折率周期構造を直交とした。ここでは、極角方向の拡散角度領域を拡大するために水平方向および垂直方向においてそれぞれ−２５°〜０°および０°〜２５°の拡散角度領域を重複させ、方位角方向に拡散角度領域を拡大するために正面方向の拡散角度領域を重複させており、全ての拡散フィルムのいずれの１枚も、他の１枚以上の拡散フィルムと拡散角度領域が重複している。なお、拡散光強度がその拡散角度境域の幅に比例する場合を想定し、正面方向の拡散角度領域の重複幅をそれぞれ幅２５°とすることで、重複する拡散角度領域の幅が、スクリーンの拡散角度領域の幅の５％以上となるようにしている。

このスクリーンにプロジェクタ光を入射させ、極角方向に対する拡散光強度分布を、一方向定速往復走行可能に構成した輝度計にて、水平方向、垂直方向の２つの方位角方向ごとに測定した。その結果を図９に示す。同図に示されるように、いずれの方位角方向においても、設計目標どおり、極角方向に対しほぼ−５０°〜５０°という従来にない広い幅にわたって明るさの変化の少ない拡散光を出射する、拡散角度領域が得られた。

図７は、実施例のスクリーンを縦方向の大きさ１００ｃｍに拡大したものを用いた光学系の設計例を示す構成図である。この拡大したスクリーンでは拡散角度領域は実施例の場合と同じ±５０°（β＝−５０°、α＝５０°）であり、これに２４°の広がり角度でプロジェクタ光を投射するものとした。このとき２枚の平面鏡４Ａおよび４Ｂを用いて、これらをプロジェクタ１と、同図に示す位置関係でスクリーン３０の裏面側に配置することにより、奥行き約５５ｃｍのリアプロジェクションディスプレイを作製することが可能である。

本発明は、リアプロジェクションディスプレイの設計・製造に利用することができる。

本発明のスクリーンを用いた光学系の１例を示す構成図である。 拡散フィルム１枚の光学特性を示す説明図である。 拡散フィルム１枚の異なる入射角度に対する拡散特性の１例を示すグラフである。 異なる方位角方向に対する拡散特性の１例を示すグラフであり、（ａ）は拡散フィルム１枚からなる試料の場合、（ｂ）は屈折率周期構造を非平行にして積層配置した拡散フィルム２枚からなる試料（本発明のスクリーンに該当）の場合である。 異なる方位角方向に対する拡散特性の１例を示すグラフであり、実線は拡散フィルム１枚からなる試料の場合、点線は屈折率周期構造を平行にして積層配置した拡散フィルム３枚からなる試料（本発明のスクリーンに該当）の場合である。 本発明のスクリーンを用いた光学系の設計方針を示す説明図である。 実施例のスクリーンを縦方向の大きさ１００ｃｍに拡大したものを用いた光学系の設計例を示す構成図である。 従来のレンティキュラスクリーンを用いた光学系の１例を示す構成図である。 実施例のスクリーンの拡散特性を示すグラフである。

符号の説明

１ プロジェクタ
２、２ａ、２ｂ、２ｃ 拡散フィルム
３ 保護板
４、４Ａ、４Ｂ 平面鏡
６ 拡散角度領域（入射側）
７ 拡散角度領域（出射側）
１０ フレネルレンズ
２０ レンティキュラレンズ
３０ スクリーン（本発明のスクリーン）

Claims (2)

1. 特定の角度領域内からの入射光を特定の角度領域内に拡散させる拡散フィルムを複数枚重ねてなり、積層する拡散フィルムの拡散角度領域が重複することを特徴とするリアプロジェクションディスプレイ用スクリーン。
2. 重複する拡散角度領域内に入射し拡散された光全体の強度が、積層した拡散フィルム全体の拡散光強度の５％以上であることを特徴とする請求項１記載のリアプロジェクションディスプレイ用スクリーン。

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