JP2006501504A - コントラスト増強投射スクリーン - Google Patents

Abstract

本発明は、１つ以上の単色レーザー光源の使用下で静止画又は動画を表示するための投射スクリーンに関し、その際、投射スクリーンはスペクトル選択反射被覆を有し、投射スクリーンは更に、空間選択性の向上のために、硬化性ラッカーから成る構造化ラッカー層又はホログラフィック型から製造された構造化シートを空間選択反射層として含む。

Description

本発明は、狭帯域の光源、例えば１つ以上の単色光源による反射投射を用いて静止画又は動画を表示するためのコントラスト増強投射スクリーンに関する。

投射された像を、妨害光、例えば昼光又は人工的な空間照明により出来る限り影響を受けずに観賞し得るためには、１種ないし複数の光源の放射線に相当する波長を除いて、可視光の全波長領域に亘って、投射スクリーンの反射可能性がわずかであるべきである。従って、殊に、複数の原色のためのレーザー光源又は別の多少なりとも狭帯域の光源を用いた多色像の大画面的な反射投射（例えば赤、緑、青［ＲＧＢ］、例えばＬＣＤ投射又はＣＲＴ投射）のためには、強度の波長選択反射挙動を示す投射スクリーンが望ましく、即ち、投射スクリーンの反射可能性は、投射のために使用される原色に相当する波長に関してはできる限り高いべきであり、例えば周囲光からの別の波長に関しては出来るかぎり低いべきである。

本発明の意味において、反射とは、入射強度に対する、投射スクリーンから後方散乱されたか又は反射された全体の光強度であると解釈される。

更に、投射スクリーンの反射は選択可能な空間的角度特性を有するべきであり、その際、反射は定義された放射角領域で行われるため、光は、観察者が介在しない空間角領域の中へ／から返されないか又はわずかに返されるに過ぎない。理想的には、反射は＋／−４０°の角範囲内で行われるべきであり、その際、投射スクリーン上の垂線から左ないし右へ測定される。空間的角度特性により、鏡面反射は回避され、その代わりに拡散反射が生じる。更に、ランベルト放射体に対するコントラストが更に高められる。

昼光でも投射スクリーン上の静止画又は動画を鮮明にし、昼光又はその他の周囲光ないし妨害光により妨害されずに認識し得るためには、投射スクリーンはスペクトル及び空間選択反射可能性を有するべきである。

スペクトル選択性のみならず同時に投射スクリーンの反射の空間選択性をも改善するための種々の提案が既になされている。

例えば、ＤＥ１９７４７５９７には、単色光、例えばレーザー光のためのスペクトル選択性を、誘電性材料からの層から構成されている多層系により生じさせる投射スクリーンが記載されている。干渉フィルターとして作用する前記の多層系により、単色レーザー光の波長に関する反射率は高められ、投射光の波長領域外での反射率は低下される。角度特性を調節するために、投射スクリーン上に別個のラッカー層内の顔料が予定される。

ＤＥ１９９０１９７０には、狭帯域光、殊に例えばレーザーの単色光を用いた反射投射のためのスペクトル選択反射性投射スクリーンが記載されており、その際、スペクトル選択性はコレステリックポリマーから成る被覆により生じる。空間角度特性を調節するために、ここでは、被覆が施与された基板の表面が構造化される。

しかしながら、角度特性を調節するために顔料を使用する場合には確かに所望の拡散反射が得られるが、しかしながら他方では粒子によって高度の散乱が引き起こされてしまう。この高度の散乱の作用によって、スペクトル選択被覆へと進み得る前にまずこの散乱光を透過しなければならない光が、すでに散乱光自体の中でもスペクトル非選択的に返されてしまい、従って結果的に、投射スクリーンのスペクトル選択性は低下するか又はそれどころか損なわれてしまう。

角度特性の調整を基板の表面の構造化により行う場合、原則的にスペクトル選択反射被覆を構造化面自体に施与することができ、その際、構造が被覆に転写される。それとは別に、まず平滑な基板上へのスペクトル選択反射被覆を行い、その後、構造化層を施与することもできる。干渉フィルターと組合せる場合、例えば、構造化基板上へ被覆した場合にはスペクトル選択性が損なわれるという問題が生じ、それというのも、スペクトル中の波長のピーク位置が変化し、以下で詳細に図２との関連で議論されるように、下低部がより強度に反射するからである。逆の順序の場合、即ち、まずスペクトル選択反射被覆を平滑な基板上に施与する場合には、層系上に散乱面を施与しなければならない。これは通常フィルター層の機械的加工により行われるが、それにより前記フィルター層は応力にさらされ、破壊されることもある。

従って、上記の問題を生じることなく、スペクトル選択反射投射スクリーンの空間的角度特性を調節することができる可能性が求められていた。更に、調節は容易に実施可能であるべきであり、全体として、投射スクリーンの空間選択反射率の改善を可能にすべきであった。

本発明による課題は、基板とスペクトル選択反射被覆とを含むコントラスト増強投射スクリーンにより解決され、その際、投射スクリーンが少なくとも１つの空間反射層を有し、その際、空間反射層が、硬化性ラッカーから形成されている層とホログラフィック構造化シートとから選択されている。

更に、本発明は、このような空間反射層を構成するための、硬化性ラッカー及びホログラフィック構造化シートの使用に関する。

本発明による投射スクリーンのために、例えば上記のドイツ連邦共和国特許出願ＤＥ１９７４７５９７Ａ１、国際出願ＷＯ９８／３６３２０及びドイツ連邦共和国特許出願ＤＥ１９９０１９７０Ｃ２に記載されているような任意の公知のスペクトル選択反射被覆を使用することができ、前記刊行物はここでこの文脈において明確に指摘され、完全に内容的に本発明に取り込まれる。

本発明によれば、空間選択反射は、硬化性ラッカーからなる構造化された表面を有する層から生じるか、又は、表面及び／又はその体積が自体公知のホログラフィック法の使用下に構造化及び／又は変形されたホログラフィック構造化シートから生じる。

ホログラフィック構造化シートは自体公知であり、例えばＰＯＣ社により、スペクトル非選択性フィルターと組み合わせて既にコントラスト増強投射スクリーン（ＬＯＲＳ）として使用されている。しかしながら、この場合に達成されたコントラスト増加は単に不十分であるに過ぎず、それというのも、これは単に、専ら、定義された空間角度領域からの光の拡散反射のみから生じるからである。

ラッカーを使用した場合、構造化は、このようなラッカー層の硬化の進行中に、使用された出発材料の重合及び架橋により生じ、その際、これは収縮プロセスとなり、表面のミクロの折れ曲がりが生じる。このミクロの折れ曲がりにより、ラッカー層の表面上で所望の構造化が生じる。

本発明により使用可能な構造化されたラッカー層のための適当な方法及び材料は、ドイツ連邦共和国特許出願ＤＥ１９８４２５１０Ａ１に原則的に記載されている。ここには極めて一般的に、剛性基板又は可撓性基板上の装飾性及び機能性表面の製造法が開示されているが、しかしながら、具体的な適用を引用することはできない。該刊行物に記載された方法及び材料は原則的に本発明による構造化されたラッカー層の製造のためにも使用することができる。

本発明のために使用可能なラッカーは、有利に電子線硬化性又はＵＶ硬化性の着色層及びラッカー層である。原則的に、重合性及び架橋性モノマー及びオリゴマーから成る出発混合物を光開始剤を用いて慣用の方法で硬化させることにより、この着色層又はラッカー層が得られる。ミクロの折れ曲がりの程度及びそれに伴う構造化の外観は、この場合、使用されるモノマー／オリゴマー系、層厚、ＵＶ波長、基板の種類及び被覆技術に依って変化する。従って、上記パラメータの単純なバリエーションによって、要求に応じて構造化を意図的に調節することができる。

適当なラッカーないしラッカー系は、ＤＥ１９８４２５１０Ａ１に詳細に記載されている。

適当な出発材料の例は、アクリレート、エポキシド、ビニルエーテル、非置換スチレン及び置換スチレン及びこれらの混合物である。これらは適当な溶剤中に存在してよい。アクリレートはこの場合有利に２以上の官能価を有する。

前記材料の硬化は、通常、それぞれの系のために適当な波長を有する単色ＵＶ光での照射により行われる。硬化のために、有利に、直接ポリマーラジカルを重合及び架橋のために形成することができ、ラッカー成分のＵＶ吸収領域内に存在し、かつ是認し得る光子量を用いた硬化を可能にする波長の単色ＵＶ光が使用される。原則的に、ラッカー層の透過領域中で硬化を生じさせることのできる全ての波長を、この波長がラッカー成分の吸収スペクトルに相当する限りにおいて、ミクロの折れ曲がりを生じさせるのに使用することができる。本発明のために適当な市販の放射体の例は、単色ＵＶ光を１７２ｎｍ及び２２２ｎｍで放射するExcimer-UV-Laserであり、これは例えばHeraeus Noblefightから得ることができる。更に、１２６ｎｍの波長を有するArgon-Excimer-Laserも適当である。

空気は短波ＵＶ線をオゾン形成下に吸収するため、ラッカー層の硬化及び折れ曲がりのための放射は、有利に不活性雰囲気中で行われるべきであろう。

波長の低下と共に、ラッカー層への光子の透過深さがわずかであり、従ってより微細な構造化が得られることが判明した。例えば、一般に２００ｎｍ未満の波長を用いた場合には、微細な、目視不可能なミクロの折れ曲がりが形成され、２００ｎｍ以上の波長を用いた場合には、目視可能なより大きな構造が形成される。更に、比較的長波の放射線（２２２ｎｍ）の場合、表面粗さ及び表面起伏のピーク−バレー−比は、ラッカー層の厚さの増加と共に、短波放射線（１７２ｎｍ）の場合よりも強度に増加する。

有利な実施態様によれば、ラッカー成分として、ウレタンジアクリレートが、有利にフレキシブルな反応性希釈剤と共に選択される。

そのようなフレキシブルな系を用いて、微細なマットな光沢の構造を得ることができる。硬化のために、上記のような放射体を使用することができる。

構造化されたラッカー層を製するために、出発成分は、純粋な形で、有機溶剤で希釈されて、又は水性分散液として存在してよい。出発成分は、放射線重合性モノマー／オリゴマーと、液体又は溶解された、放射化学的に重合不可能なポリマーとから成る混合物であってよい。露光時点での出発成分の粘度が１００００ｍＰａｓ未満である場合、加工のために有利であることが判明した。

原則的に、より高粘度の出発材料を加工することもできるが、しかしながらその際一般に、支持的方法が必要である。例えば、より高粘度のアクリレートを熱的支持を用いて構造化することができる。

上記の組成を有する系は、ミクロの折れ曲がりのために有利な収縮を示し、必要なＵＶ反応性を有する。

ラッカー層の厚さは、投射スクリーンのために慣用の範囲で選択される。有利に、本発明により使用されるラッカー層厚は５〜１５μｍの範囲内の厚さを有する。

しかしながら、本発明のために原則的に複数のラッカー層を使用することができることは自明であり、その際、硬化を電子線又はＵＶ光を用いた照射とは別の機序により、表面の相応する構造化が生じる間に、例えば別の波長又は熱等の放射により行う。

ホログラフィック構造化シートの場合、ホログラフィックに製造された型から再現される表面起伏から機能が生じる。ここで、このような製造により可能な、光散乱表面の構造化による完全な制御は殊に有利である。この場合に得られる完全にランダムな非周期性の構造とは、ランダムに配置されたマイクロレンズであると解釈することができる。シートの機能は波長に依存せず、白色、単色並びに干渉光及び非干渉光を用いても同様にもたらされる。本発明により使用することができるホログラフィック構造化シートのランダムな構造は、不所望なモアレ効果及び色回折を損ねる。入射光は明確に極めて限定された範囲に制御することができる。従って、返された光は空間角度範囲に限定され、それにより光効率を最適化することができる。

ホログラフィック構造化シートを用いて、垂直及び水平に種々の空間角度範囲を選択することができる。これは殊に投射スクリーンのために有利であり、それというのも、観察者が存在しない範囲、例えばカバー領域をフェイドアウトすることができ、更に、投射スクリーンを使用する空間はしばしば高さよりも大きな幅を有するためである。

本発明の詳細な説明のために、以下の実施例において図をもとに説明する。

図１は、空間選択反射層の異なる配置を有する本発明による投射スクリーンの２つの実施態様を示し、
図２は、平面状の基板を有する本発明による投射スクリーンと慣用の構造化された基板を有する投射スクリーンとの光学性能の比較を示し、
図３は、種々の微細構造化ラッカー層を有する本発明による投射スクリーンの反射の角度の関数のグラフを示し、
図４は、遺伝的アルゴリズムを用いたスペクトル選択反射被覆の発生の図解を示し、
図５は、図４に記載の方法により得られる投射スクリーンのスペクトルの流れのグラフを示す。

図１中の２つの実施態様ａ及びｂに示されているように、本発明により使用される空間選択反射層１は任意に配置されていてよく、その際、これはスペクトル選択被覆２の上方（図１ａ）又は下方（図１ｂ）に存在してよい。示されている図において、これはスペクトル選択被覆２のすぐ上方ないし下方に存在しており、その際、個々の層は基板３上に配置されている。

空間選択反射層１として作用する構造化されたラッカー層／シートが投射スクリーン上に投射された光の散乱（ここでは矢印４、５、６及び７により具体的に示されている）に作用する一方で、被覆２によりスペクトル選択性が達成される。

本発明のもう１つの実施態様によれば、ホログラフィック構造化シートを基板として利用することができる。この場合、スペクトル選択反射被覆２はシートの平滑な裏面上に施与される。図１ａに関して、これは、ここに示された基板３が省略されることを意味する。更に、多層系、例えばＲＧＢフィルターをスペクトル選択反射被覆２として使用する場合、製造の際に被覆の際の層の順序を、例えば図１ａに示されているような別個の基板上への被覆の順序と逆にし、変更された入射媒体は空気ではなくホログラフィック構造化シートであることを考慮することにより構造を相応して適合させることができる。

本発明による投射スクリーンの利点は、薄く可撓性の構造化されたフィルム又はシートにより空間選択性が得られ、その散乱特性を製造の進行中に極めて細かく調節することができることである。

殊に図１ａに記載された、構造化されたラッカー層／シートがスペクトル選択被覆２上に施与されている配置の場合に生じるもう１つの利点は、本発明により予定されているような表面の構造化により、まず第一に施与されたスペクトル選択被覆２が、この被覆を損傷するか又はそれどころか破壊し得る機械的作用にさらされることがないことである。

ホログラフィック構造化シートを使用する場合、構造は本質的に既に被覆の前に製造されており、− そのようにして、引き続くエンボス加工によるフィルターのあり得る破壊が回避され、更に、平滑な面（シートの裏面ないし基板の裏面）に被覆することができるという利点を有する。

原則的に、基板３として、このような投射スクリーンの製造のために自体公知であるような任意の材料を使用することができる。材料の例は、ガラス又はプラスチックである。基板３は透明又は不透明であってよい。透明な基板３の場合には、例えば投射のための投射スクリーンは、透明なガラス表面又はプラスチック表面上、例えば窓ガラス上で、ヘッドアップディスプレイ等として使用することができる。不透明な基板３の場合には、例えば基板が可視光の全ての波長に関して最小の拡散反射を示すように弱く着色することによって、基板は強度に吸収性であってよい。基板は可撓性材料又は剛性材料から成っていてよい。可撓性基板の例はプラスチックシートである。更に、空間選択反射層１のためにホログラフィック構造化シートを使用する場合には、これを直接基板として使用することもできる。この場合、ホログラフィック構造化シートは透明であるように選択することができる。

図１ａに示されているような空間反射層１がスペクトル選択被覆２に施与される場合、クリアラッカーもしくは透明なシートが選択される。これとは反対に、空間反射層１が基板３とスペクトル選択被覆２との間に施与される場合、任意の透明材料か、又は光に対しては多少なりとも透過性である不透明材料を使用することができる。例えば、この場合、ラッカー層は適当な着色剤及び／又は顔料で着色されていてよい。例えば、上記の不透明基板の代わりに、相応する吸収性ラッカー層が透明基板上に施与されていてよい。

構造化されたラッカー層を使用する場合には、更に、ミクロの折れ曲がりを形成するためには顔料の添加が有効であることが認められる。従って、ミクロの折れ曲がりを促進するためには、ラッカー層中に相応して核としてミクロの折れ曲がりのために作用する材料が存在してよい。

既に前記で述べたように、本発明による投射スクリーンのために、任意の自体公知のスペクトル選択反射被覆を使用することができる。

スペクトル選択被覆２は、ＤＥ１９９０１９７０Ｃ２に記載されているように、１種以上のコレステリックポリマー層から形成されていてよい。この場合、コレステリックポリマーの特性をベースとしたスペクトル選択性が達成され、これは個々の層として、所定の方向性（Haendigkeit）（即ち右旋回か左旋回のどちらか）の円偏光、従って所定の波長帯域Δλ中の非偏光のその都度５０％を反射することができる。最適な反射率のために、投射スクリーンは選択された各波長に関して、この波長に関して相応する選択性を有する少なくとも２つの互いに鏡像異性体であるコレステリックポリマー層を有するべきであろう。コレステリック鏡像異性体は逆の円偏光を反射するため、この場合、当該の波長帯域内で偏光の右旋回分のみならず左旋回分もが反射される。

従って、ＲＧＢ放射のために特に適当な投射スクリーンは、コレステリックポリマーから成る少なくとも６つの層を有しているべきであり、その際、その都度互いに隣接する２つの層は互いに鏡像異性体であり、青、赤ないし緑色の光を反射し、従って全体で全てのＲＧＢ波長に関してほぼ１００％の反射を達成することができる。

スペクトル選択被覆２は、種々の屈折率を有する、少なくとも２種の誘電性材料からの多層系から構成されていてよい。少なくとも２種の層材料は交互に基板上に施与されるため、その都度低屈折層と高屈折層とが交互に基板上に配置されている。系の高屈折層ないし低屈折層のそれぞれの層厚は同じか又は異なっていてよい。例えば、その都度、第一の層厚を有する高屈折層と第二の層厚を有する低屈折層の１つ以上のサイクルが予定されていてよい。この場合、周期的配置と呼称される。しかしながら、高屈折層の厚さ及び低屈折層の厚さは変化してよく；この場合、非周期的配置と呼称される。

低屈折材料と高屈折材料とを有する層からの上記の被覆２のための適当な誘電性材料のための例は、ケイ素、アルミニウム、チタン、ビスマス、ジルコン、セリウム、ハフニウム、ニオブ、スカンジウム、マグネシウム、スズ、亜鉛、イットリウム及びイリジウムの酸化物又は窒化物である。低屈折材料の有利な例は、ＳｉＯ_２及びＭｇＳ_２並びに殊にＡｌ_２Ｏ_３である。高屈折材料の有利な例は、酸化タンタル、酸化チタン及び酸化ニオブ並びにＳｉ_３Ｎ_３である。

高屈折材料と低屈折材料との有利な組合せの例は、低屈折材料としての二酸化ケイ素及び高屈折材料としてのルチル形ないしアナタース形の二酸化チタン並びにＳｉＯ_２／Ｓｉ_３Ｎ_４及び殊にＡｌ_２Ｏ_３／Ｓｉ_３Ｎ_４の組合せである。適当な材料のもう１つの例は、混合系Ｓｉ_{１−ｘ−ｙ}Ｏ_ｘＮ_ｙである。

このような高屈折誘電性材料と低屈折誘電性材料との交互の順序から成る多層系からの被覆は干渉フィルターとして作用し、これにより、選択的に投射光の波長が反射される。

それとは別に、高屈折層と低屈折層とから成る多層系を用いた干渉フィルターの実現のために、連続的及び周期的にフィルター厚により変更される屈折率を有するフィルター系、いわゆるルゲートフィルターをスペクトル選択被覆２として使用することもできる。

層厚により変更される屈折率を有するそのようなフィルターを製造するために、例えば上記の混合系Ｓｉ_{１−ｘ−ｙ}Ｏ_ｘＮ_ｙを使用することができ、その際、ここでは屈折率は窒化物濃度の変化により調節される。低屈折成分と高屈折成分とから成る別の混合系、例えばＳｉＯ_２／ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２／Ｔａ_２Ｏ_５及びＳｉＯ_２／Ｎｂ_２Ｏ_５から選択された混合系を使用することもできる。ここでは、屈折率は成分の質量比により調節される。

このような混合系をベースとするスペクトル選択被覆２を製造するためには、例えば一般に公知であるような、例えば同時スパッタリング法又はＣＶＤ法を使用することができる。

誘電性材料から成る多層系の製造法は自体公知であり、例えばＤＥ１９７４７５９７Ａ１及びＷＯ９８／３６３２０に記載されている。適当な被覆法の例は、真空被覆法、例えばマグネトロンスパッタリング及び電子放射蒸発である。

屈折率の差異の低下により、低屈折層と高屈折層とから成るこのような層系の角度依存性は低下され得ることが見出された。例えば、低屈折材料をより大きな屈折率を有する材料に代えることにより、角度依存性を低下させることができる。層系Ａｌ_２Ｏ_３／Ｓｉ_３Ｎ_４のためのスペクトルにおける角度依存性及びそれに伴う原色のピークのずれは、系ＳｉＯ_２／Ｓｉ_３Ｎ_４のためのスペクトルよりも低い。この場合、低屈折材料ＳｉＯ_２を、より高い屈折率を有するＡｌ_２Ｏ_３に代えた。

図２では、平面状の基板上のスペクトル選択被覆の光学性能と、構造化された基板上のスペクトル選択被覆の光学性能とが互いに対比されている。この場合、スペクトル選択反射被覆として上記のような誘電性多層系を使用した。

この対比により、スペクトル選択反射被覆２が平面状の基板３上に堆積されている図１ｂ記載の本発明による投射スクリーンのスペクトル測定された反射率は、被覆２が構造化された基板上に施与されている投射スクリーンのスペクトル測定された反射率よりも極めて高いことが明らかである。この結果により、本発明により予定されているように、平面状の基板上に被覆し、引き続き、被覆２とは逆側の基板面上で構造化ないしホログラフィック構造化シートにより可能な構造化をすることの利点が明らかとなる。

本発明による方法を用いて、与えられた投射スクリーンの散乱挙動を、空間選択反射層１を形成するラッカー層又はホログラフィック構造化シートの構造化を単純に変更することにより調節することができ、従って投射スクリーンの角度特性を要求に応じて変更することができる。

図３では、角度特性の異なる、空間反射層１としてのラッカー層を有する本発明による投射スクリーンの反射率と角度との関数を示す。ここで、角度特性の差異は種々の微細構造化ラッカーの使用からも生じる。

従って本発明によれば、平面状の基板を使用することができるためにより高い反射率を達成することができるばかりでなく、更に、投射スクリーンの角度特性を個々に要求に応じて、ラッカー層又はシートの構造化を単純に変更することにより調節することができる。

既に図１との関連で述べたように、スペクトル選択反射被覆２は原則的に基板３の上方に存在してもよいし下方に存在してもよい。しかしながら有利に、選択反射被覆２と散乱表面との間の幾何学的距離、即ち、ラッカー層ないしシートの構造は、出来る限りわずかであるべきであり、これは例えば、ラッカー層ないしシートの出来る限りわずかな厚さにより実現することができる。散乱表面とスペクトル選択反射被覆２とがあまりにも離れている場合、像の鮮明さは損なわれ、”二重像又はゴースト像”が生じ得る。

図１ａに示されているような本発明により有利な実施態様において、構造化されたラッカー層１はスペクトル選択反射被覆２上に施与される。この場合、投射スクリーンの光学特性の最適化を得るために、被覆２の態様におけるラッカーの光学特性を考慮することができる。例えば、ラッカーの化学組成を調節することにより、ラッカーの屈折率を被覆の特性に整合させることができ、いわゆる屈折率整合を得ることができる。

他の実施態様によれば、例えばスペクトル選択反射被覆２が空間反射層１の下方に配置されている図１ａに示されているような実施態様に関して、空間反射層１上に付加的に反射防止のための反射防止被覆８が予定されていてよい。反射防止被覆８を予定することにより、層１の表面上で生じ得る内部からの約４％であり得る反射率を１％未満に低下させることができる。

原則的に、このための慣用の反射防止被覆を使用することができる。適当な反射防止被覆の例は、ＴｉＯ_２（１１ｎｍ）−ＳｉＯ_２（４０ｎｍ）−ＴｉＯ_２（１１０ｎｍ）−ＳｉＯ_２（８５ｎｍ）から成る層系である。反射防止被覆を、例えば、真空被覆法（蒸着又はスパッタリング）により、又は湿式化学被覆法（ゾルゲル法）により投射スクリーンの表面上に堆積させることができる。適当な方法として、マグネトロンスパッタリング又は電子放射蒸発が挙げられる。

他の有利な実施態様によれば、本発明による空間選択反射投射スクリーンはスペクトル選択反射被覆２を含み、前記のスペクトル選択反射被覆２は、出来る限り高いコントラストの他に、低い層厚、使用すべき層材料のわずかな数及び個々の層のわずかな数からの最良の妥協案を有するということに関して最適化されている。

上記のような被覆のための慣用の層系は、材料の選択を、個々の層、それぞれの層厚及び層厚の数に関して、定義された離散的な目的のスペクトルを設定しながら行うことにより製造される。この場合に得られる層系は、確かに実際の使用のために適当なコントラストを示すが、しかしながら、出来る限り最適な像の印象を達成するための投射スクリーンのための他の所望の特性に関して最適化されているわけではない。

しかしながら、改善されたコントラストを有するのみでなく、全層系及び個々の層の厚さが出来る限りわずかでかつ層の数が出来る限りわずかである場合に、前記の改善されたコントラストを有することが望ましい。

更に、投射スクリーンは、いわゆるカラーフロップ効果の抑制又は少なくとも出来る限り大幅な抑制を可能にすべきである。カラーフロップとは、観察者における色の印象の変化であると解釈され、これは視角の変化により引き起こされるものである。この理由は、干渉フィルターの、角度に依存する反射−透過挙動である。

要求に応じて、投射スクリーンのために他の限界条件を設定することができる。例えば、色の中立性を改善するための可能性は、投射スクリーンが原色に関して出来る限り同じピーク高さを有することである。色の中立性とは、例えば、投射された白色が実際に白色として見え、例えば赤の色合いを有しないことを意味する。逆に、本発明によれば、それぞれの投写機の原色の強度を当該の投射スクリーンを用いて調節することによって、相応する色の中立性を達成することができることが見出された。この場合、色の中立性を調節するための白色の調節は、投射スクリーン上ではなく、直接投写機自体で行う。この場合、層厚が同じ場合には、原色に関して同じピーク高さを有する投射スクリーンを用いた場合よりも本質的により高いコントラスト値を達成することができる。この理由は、緑色の反射の低下の可能性がヒトの目にとって極めて敏感であることにある。

更に、観察者に最適な像の印象をもたらすために、ヒトの目のスペクトル敏感性を考慮することができる。

層系は、殊に層が所定の数である場合に、上記の特性に関する最適なプロフィールを有するべきである。

上記の特性を有する空間選択反射投射スクリーンを得るために、本発明による投射スクリーンのために有利に、しっかりと定められた反射スペクトルに関する慣用の最適化に代わって、測色学に基づく評価法を用いることにより得られるスペクトル選択反射被覆が使用される。

このために、測光学的評価を、最適化のために、目的スペクトルをほぼ本質的に再現する、入力としての定められた出発設計を必要としない最適化アルゴリズムと組合せる。このために、自体公知であり、Heistermann J., ”Genetische Algorithmen - Theorie und Praxis evolutionaerer Optimierung”, B. G. Teubner, 1994の実施例、あるいは、Goldberg, D.E., ”Genetic Algorithms in Search, Optimization, and Machine Learning” Addison-Wesley, Reading, 1989に記載されている、いわゆる遺伝的アルゴリズムが殊に適当であることが判明した。測光学的評価法との組合せにより、頑強でありかつ実施が可能である前記のアルゴリズムを光学的被覆の最適化のために用いることができる。

以下で、投射スクリーンのためのスペクトル選択反射被覆を最適化するための遺伝的アルゴリズムの機能様式を図４中のフローチャートの指摘下に詳説する。

遺伝的アルゴリズムの機能様式は、自然の進化及び組換え戦略に依拠するものである。この場合、根本思想は、一緒に世代を形成する個体の数から、本質的に、その周囲に関して最良の特性を有する新たな世代を発生させるための個体のみを選別することである。この場合、個体とは、その層厚及び材料特性を有する層系であると解釈される。層系のパラメータ、例えば層厚及び材料は遺伝子と呼称される。アルゴリズムではまず、ランダムな材料及び層厚を分類することにより、個体から集団を生じさせる（図４では”定常人口”と呼称される）。その後、前記の個体を評価し、性質により分類する。引き続き、組換え、突然変異、評価及び選択（より良好な個体、即ち層の選択）のステップから成るループを行い、その際、劣悪な層を大部分排除する。ループを繰り返し実施することにより、最高水準が得られるまで、平均的な人口及び絶対的な最良の個体の性質の改善が達成される。標準的な山登りアルゴリズムに対する遺伝的アルゴリズムの利点は、並行性及び現下でのより劣悪な個体の連行に基づいており、これは、更なる組換えによって、後の世代へ、適合機能における新規の探索領域をもたらすことができる。これは包括的な探索のために重要である。

遺伝的アルゴリズムには、原則的に上記の実施態様のために使用することのできる多数の変形が存在する。

本発明により使用される投射スクリーンの製造のために、評価及びそれに伴い測光学的観点に基づく最適化が行われる。測光学をベースとした評価を行うことにより、離散的な目的のスペクトルの設定を放棄することができる。

コントラストはこの場合以下：

から算出され、ここで、Ｙは色度であり、かつ反射スペクトルの輝度のための尺度である。ｋは、周囲光に対する相応する波長の原色のための投射スクリーンを達成するコントラストを示す。

アルゴリズムを実施するために、変式（１）をコントラストの評価のために使用することができ、その際、本質的な変化として、合計を積に代える：

σ_Ｒは反射特性の標準偏差であり、Ｃは実験因子である。Ｎは通常３つの原色に関して３に設定される。この指数により、付加的に、別の値を選択することにより、反射輝度と相応するコントラストとの間の重みづけが可能である。

カラーフロップ効果の最小化もしくは排除のために、観察者の角度を変化させることにより引き起こされる反射強度の変化が投射光の全ての波長に関して同じになるように層系を配置すべきである。アルゴリズムによる評価のためのベースとして、このために、個体のスペクトル（層系）を種々の視角に関して算出し、原色の波長に関する反射強度の変化を比較し、その際、この値の標準偏差を用いる。

更に、必要な場合には、像の色の中立性の調整を白色の調節により行い、その際、投射スクリーンから反射された原色（赤、緑、青）の波長の１つの光の強度を、例えば投射機から放射される相応する波長の単色光の強度を用いて整合させる。

上記の実施態様をもとに、遺伝的アルゴリズムを用いて、離散的な反射スペクトルのための確固たる基準値なしにうまくいき、かつコントラストを高める層系の評価が行われ、その際、同時にカラーフロップ効果が抑制される。

遺伝的アルゴリズムと測光学に基づく評価との上記の組合せにより、明らかに改善されたコントラストを、同時に最適なわずかな全層厚及び個々の層の数のもとで含む、スペクトル選択反射被覆が得られる。

例えば、これに関して、少なくとも２．５のコントラスト及び４．５μｍ未満の全層厚を有する被覆を達成することができる。

図５には、上記の遺伝的アルゴリズムにより得られたスペクトル選択反射被覆のスペクトルの流れが図示されている。これは、低屈折誘電材料と高屈折誘電材料とから成る層系からなる被覆である。被覆は、ガラス基板上に堆積された低屈折材料としてのＳｉＯ_２（ｎ＝１．４６）及び高屈折材料としてのＳｉ_３Ｎ_４（ｎ＝２．０５）を有する１２個の個々の層から成る。層構造はガラス基板から出発しており、上方に向かって以下の通りである：
ガラス
Ｓｉ_３Ｎ_４ ２３９ｎｍ、ＳｉＯ_２ ２１０ｎｍ、
Ｓｉ_３Ｎ_４ ３２４ｎｍ、ＳｉＯ_２ ３１９ｎｍ、
Ｓｉ_３Ｎ_４ ４３５ｎｍ、ＳｉＯ_２ １９７ｎｍ、
Ｓｉ_３Ｎ_４ ２２ｎｍ、ＳｉＯ_２ ２４１ｎｍ、
Ｓｉ_３Ｎ_４ ７２ｎｍ、ＳｉＯ_２ ３７２ｎｍ、
Ｓｉ_３Ｎ_４ ２４９ｎｍ、ＳｉＯ_２ ３５ｎｍ。

上記の被覆は３．５５のコントラスト改善値ｋを示す。

遺伝的アルゴリズムを用いたスペクトル選択被覆、殊に低屈折誘電材料と高屈折誘電材料とから成る層系の製造の詳細な説明は、Ch. Rickers, M. Vergoehl, C.-P. Klages : ”Design and manufacture of spectrally selective reflecting coatings for the use with laser display projection screens”, Applied Optics, 第41巻, No. 16, 2002年6月に記載されており、前記刊行物はこの目的のために全内容が本発明に取りこまれる。

コントラストを増加させるためには、レーザー波長の領域内での殊に高い反射率が決定的であるというわけではなく、むしろそれ以外のスペクトル領域内での出来る限り低い反射率が決定的である。遺伝的アルゴリズムにおいて、上記の効果を重みづけの影響により考慮することができ、それにより下低部が抑圧される。これは、式（２）において指数Ｙを相応して変化させることにより生じる。

更に、スペクトル中のレーザー光の波長のピーク幅の低下はコントラストの増強のためには単に条件的に合理的であるに過ぎず、それというのも、これにより、別の角度下での観察の際の反射強度の激しい低下、即ち角度依存性の増大を甘受しなければならないためである。

空間選択反射層の異なる配置を有する本発明による投射スクリーンの２つの実施態様を示す図。 平面状の基板を有する本発明による投射スクリーンと慣用の構造化された基板を有する投射スクリーンとの光学性能の比較を示す図。 種々の微細構造化ラッカー層を有する本発明による投射スクリーンの反射の角度の関数のグラフ。 遺伝的アルゴリズムを用いたスペクトル選択反射被覆の発生を示す図。 遺伝的アルゴリズムにより得られる投射スクリーンのスペクトルを示す図。

符号の説明

１ 空間反射層、２ スペクトル選択反射被覆、３ 基板、４ 投射光、５ 投射光、６ 投射光、７ 投射光、８ 反射防止被覆

Claims (21)

1. 基板（３）とスペクトル選択反射被覆（２）とを含むコントラスト増強投射スクリーンにおいて、投射スクリーンが少なくとも１つの空間反射層（１）を有し、その際、空間反射層（１）が、硬化性ラッカーから形成されている層とホログラフィック構造化シートとから選択されていることを特徴とする、コントラスト増強投射スクリーン。
2. 空間反射層（１）が、アクリレート、エポキシド、ビニルエーテル、非置換スチレン又は置換スチレンから選択された少なくとも１種の材料からの硬化された層である、請求項１記載のコントラスト増強投射スクリーン。
3. 空間反射層（１）がアクリレートをベースとする硬化された層である、請求項２記載のコントラスト増強投射スクリーン。
4. 空間反射層（１）がＵＶ硬化性材料から成る、請求項１から３までのいずれか１項記載のコントラスト増強投射スクリーン。
5. スペクトル選択反射被覆（２）が２つ以上の層から成る層系であり、その際、層材料として、低屈折材料と高屈折材料とからの少なくとも１つの組合せが使用されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のコントラスト増強投射スクリーン。
6. スペクトル選択被覆（２）が、コレステリックポリマーから成る少なくとも２つの層から成る層系である、請求項１から４までのいずれか１項記載のコントラスト増強投射スクリーン。
7. スペクトル選択被覆（２）が、連続的及び周期的にフィルター厚により変更される屈折率を有するフィルター系である、請求項１から４までのいずれか１項記載のコントラスト増強投射スクリーン。
8. スペクトル選択反射被覆（２）が、コレステリックポリマー層と誘電層とから成る組合せである、請求項１から７までのいずれか１項記載のコントラスト増強投射スクリーン。
9. スペクトル選択反射被覆（２）が、少なくとも２．５のコントラストｋ及び４．５μｍ未満の全層厚を有する、請求項１から８までのいずれか１項記載のコントラスト増強投射スクリーン。
10. スペクトル選択反射被覆（２）が、ＳｉＯ_２／Ｓｉ_３Ｎ_４及びＡｌ_２Ｏ_３／Ｓｉ_３Ｎ_４から選択された層系である、請求項１から９までのいずれか１項記載のコントラスト増強投射スクリーン。
11. 基板（３）のための材料が、透明材料と不透明材料とから選択されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載のコントラスト増強投射スクリーン。
12. 基板（３）のための材料が、可撓性材料と剛性材料とから選択されている、請求項１１記載のコントラスト増強投射スクリーン。
13. 基板（３）が平面状である、請求項１から１２までのいずれか１項記載のコントラスト増強投射スクリーン。
14. ホログラフィック構造化シートが基板として作用している、請求項１から１３までのいずれか１項記載のコントラスト増強投射スクリーン。
15. 投射スクリーンのための空間選択反射層（１）としての、硬化性ラッカー層の使用。
16. 硬化性ラッカー層が電子線硬化性ラッカー又はＵＶ硬化性ラッカーから成る、請求項１５記載の使用。
17. ラッカー層が、アクリレート、エポキシド、ビニルエーテル、非置換スチレン及び置換スチレンから選択された１種の材料をベースとした硬化性ラッカーから成る、請求項１５又は１６記載の使用。
18. 硬化性ラッカー層がアクリレートベースの材料から成る、請求項１７記載の使用。
19. ラッカー層がＵＶ光で硬化可能なラッカーから成る、請求項１６から１８までのいずれか１項記載の使用。
20. スペクトル選択反射被覆（２）を有する投射スクリーンのための空間反射層（１）としての、ホログラフィック構造化シートの使用。
21. スペクトル選択反射被覆（２）を有する投射スクリーンのための基板としての、ホログラフィック構造化シートの使用。

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