JP2008256930A

JP2008256930A - 反射型プロジェクションスクリーン

Info

Publication number: JP2008256930A
Application number: JP2007098659A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Hattori; 俊明服部
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 2007-04-04
Filing date: 2007-04-04
Publication date: 2008-10-23

Abstract

【課題】輝度ゲインが高く、明所でもコントラストの高い高品位の画像を再現することができるスクリーンを提供すること。
【解決手段】本発明の反射型プロジェクションスクリーン１は、上方に向けられた棚面８が吸光面とされ、下方に向けられた傾斜面１０が反射面とされたリニアフレネル部材４と、リニアフレネル部材のフレネル面を覆って配置され、所定角より大きな入射角の入射光は拡散させない異方性の拡散特性を有する異方性拡散層１２とを備えていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロジェクタから投影される画像を表示する反射型プロジェクションスクリーンに関し、詳細には、液晶プロジェクタやデジタルライトプロッセシング（DLP）プロジェクタ等と共に使用される反射型プロジェクションスクリーンに関する。

液晶プロジェクタやデジタルライトプロッセシング（DLP）プロジェクタと共に使用され高精細な画像を形成できる反射型スクリーンに対する需要が高まってきている。
反射型スクリーンとしては、反射面にガラスビーズを付着させた平面スクリーン、反射面をホワイトマット状にした平面スクリーン、反射面にアルミ箔を付したもの平面スクリーン、反射面がシリンドリカル面のスクリーン、反射面が球面のスクリーン、さらに、リニアフレネルレンズとレンチキュラーシートの間に拡散層が配置されたスクリーンが提案されている（特許文献１参照）。

特許２９７６１４８号公報

特許文献１のスクリーンでは、スクリーン上方からの外光が、棚面で吸光されカットされることによってコントラストが向上する構成である。しかしながら、この構成では、外光が、吸光面として機能するリニアフレネルの棚面に到達するまでに等方的な拡散特性を有する拡散層を透過するので、拡散層で拡散されて視聴者側に散乱し、スクリーン上の画像のコントラストを低下させ、吸光面によるコントラストの向上効果を減少させてしまうという問題があった。
また、この構成には、リニアフレネルレンズとレンチキュラーシートを重ねることによってモアレ縞が発生し、画像が劣化してしまうという問題もあった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、輝度ゲインが高く、明所でもコントラストの高い高品位の画像を再現することができるスクリーンを提供することを目的とする。

本発明によれば、
プロジェクタから投影される画像を表示する反射型プロジェクションスクリーンであって、
上方に向けられた棚面が吸光面とされ、下方に向けられた傾斜面が反射面とされたリニアフレネル部材と、
該リニアフレネル部材のフレネル面を覆って配置され、所定角より大きな入射角の入射光は拡散させない異方性の拡散特性を有する異方性拡散層と、を備えている、
ことを特徴とする反射型プロジェクションスクリーン、が提供される。

このような構成によれば、角度を持って入射する外光が、拡散されずにリニアフレネル部材の吸光面に導かれるので、スクリーン内で外光が散乱して画像のコントラストを低下させることが抑制される。

本発明の他の好ましい態様によれば、
前記異方性拡散層が、マトリックスと、該マトリックス内に配置された前記マトリックスと屈折率の異なる複数の拡散部とを備え、該拡散部は水平方向の配置分布が垂直方向の配置分布と異なる。

このような構成によれば、拡散部のｘ方向の平均距離Dｘとｙ方向の平均距離Dｙが異なるので、Dx＜Dyであるときには、異方性拡散層に入射した光は、ｘ方向の広がり角が大きく、ｙ方向の広がり角が小さくなる。

本発明の他の好ましい態様によれば、
異方性拡散層が、光硬化性樹脂組成物に所定方向から光通過域と光不通過域とを有するフォトマスクを介して平行光を照射し、照射された部位を、未完全な硬化状態に硬化させる第１の光照射工程と、前記フォトマスクを取り外して、更に光強度分布が略一定の平行光を前記光硬化性組成物に向けて照射して、前記光硬化合性組成物の硬化を完了させる第２の光照射工程とによって生成され、該フィルム内に光硬化性組成物からなるマトリックスと、該マトリックス中で前記平行光の照射方向に延びるように配向された該マトリックスと屈折率が異なる複数の柱状構造体と、を備えた相分離構造を備えている。

本発明によれば、輝度ゲインが高く、明所でもコントラストの高い高品位の画像を再現することができるスクリーンが提供される。

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態の反射型プロジェクションスクリーンについて説明する。図１は、本発明の好ましい実施形態の反射型プロジェクションスクリーン１の構成を模式的に示す概略的な断面図である。尚、本明細書において、上方とはスクリーン使用時の上方を、下方とはスクリーン使用時の下方、水平方向とはスクリーン使用時の水平方向を指す。

図１に示されているように、スクリーン１は、シート状の基材２と、基材２上に配置されたフレネル形状部材４とを備えている。基材２としては、厚さ５０μm〜２５０μmのＰＥＴフィルム等の紫外線透過フィルム等が用いられる。

図１に示されているように、フレネル形状部材４は、一方の面に断面三角形状の柱状突起部６が水平方向に延びるように並列して配置された形状を有している。この柱状突起部６は、短辺側の面がスクリーンとしての使用時に上方側に配置される棚面８を、長辺側の面が下方側に配置される傾斜面１０を構成するように配向され、棚面８が吸光面、傾斜面１０が反射面とされている。

フレネル形状部材８は、黒色顔料入りの紫外線硬化型樹脂等の光硬化性組成物（光重合性組成物）で形成されている。紫外線硬化型樹脂としては、ウレタン、エポキシ、ポリエステル等の（メタ）アクリレート等が使用される。

フレネル形状部材４の各柱状突起部６の頂角θは、上方の柱状突起部６から下方の柱状突起部６に向けて漸減するように設定されている。各柱状突起部６の頂角θは、ゲイン、スクリーンサイズ、サービスエリア等諸条件を勘案して設定されている。

傾斜面１０は、金属が蒸着されることによって反射面とされている。蒸着される金属は、光沢のある金属類であれば、種類は限定されないが、アルミニウムが一般的である。

一方、棚面８では、スクリーン上方からの照明光などの外光が、フレネル形状部材４に含まれる黒色顔料によって吸収される。

図１に示されているように、フレネル形状部材４は、さらに、異方性拡散層１２で覆われている。異方性拡散層１２は、スクリーン１全体が均一な厚さとなるように、表面に凹凸形状を備えたフレネル形状部材４の表面を覆っている。したがって、異方性拡散層１２の厚さは、均一ではなく、例えば約２μｍ〜約２００μｍの範囲内で用途、部位に応じて適宜、異なって設定される。

図２は、異方性拡散層１２の内部構造を説明するための模式図である。異方性拡散層１２は、図２に示すような、マトリックス１４と、マトリックス１４内に配置されマトリックス１４と屈折率が異なる多数の円柱状構造体１６とを備えた光拡散層からなる。

各円柱状構造体１６は、異方性拡散層１２の厚さ方向に延びるように配向され、異方性拡散層１２の表面に沿った水平方向（ｘ方向）の配置分布と垂直方向（ｙ方向）の配置分布が異なるように二次元的に配置されている。
ここで、水平方向の配置分布と垂直方向の配置分布が異なるとは、図２に示されているように、マトリックス１４内に配置されている複数の円柱状構造体１６のｘ方向の平均距離Dｘとｙ方向の平均距離Dｙとが異なる（図２ではDx＜Dy）ことを意味する。

上述したように、各円柱状構造体１６は、異方性拡散層１２の厚さ方向に延びるように配向されているので、スクリーン１の使用時には、各円柱状構造体１６が、スクリーン１に直交する方向する、すなわち客席方向に向って延びることになる。

円柱状構造体１６の直径は、１０ｎｍ〜１００μｍが好ましく、１００ｎｍ〜５０μｍがより好ましい。

柱状構造体１６は、その配向方向（軸線方向）Ａが、マトリックス１４の厚さ方向Ｂと略同一方向に設定されているが、これに限らず、方向Ａと方向Ｂに所定の角度が設けられていてもよい。また、柱状構造体１６は、その断面形状が円形に設定されているが、これに限らず、楕円形状、矩形状等であってもよい。

マトリックス１４と柱状構造体１６の屈折率の差は大きいほど大きな散乱特性を得ることができるが、実際には、０．００１〜０．２の範囲の屈折率差に設定される。また、屈折率差が０．００１未満では充分な散乱特性を得ることが容易ではない。

次に、円柱状構造体１６を備えた異方性拡散層１２の形成方法について説明する。
まず、柱状突起部６を外側にして基材２上に取付けられたフレネル形状部材４の柱状突起部６側の面に、未硬化の光硬化性樹脂組成物（光重合性組成物）を塗布する。塗布厚は、光硬化性樹脂組成物が柱状突起部６を覆い、且つ図１に示すように全体が均一な厚さとなるようにする。

次いで、光硬化性樹脂組成物側から紫外線等のエネルギ線を、基材２に直交する方向から、まず、光通過域に光不通過域が所定パターンで配置された所定のマスクパターンを有するフォトマスクを介して平行光を照射し、エネルギ線が照射された部分の光硬化性樹脂組成物を、未完全な硬化状態に硬化させる（第１の光照射行程）。その後、マスクを取り外し、光強度分布が略一定のエネルギ線を光硬化性組成物に向けて照射して、光硬化性組成物の硬化を完了させる（第２の光照射工程）。

この処理によって、図２に示されているような、マトリックス１４と、マトリックス１４内に配置されたマトリックス１４と屈折率が異なる円柱状構造体１６とを備えた相分離構造の成形体（異方性拡散層）が、フレネル形状部材４を覆って形成される。

使用するマスクのマスクパターンは、すなわち、マスクの照射透過部のｘ方向とｙ方向の配置ピッチは、計算により求められ、電子線などによる描画でこのパターンが形成されたマスクが用いられる。

マスクパターンの作製方法は、一般の描画装置によって作製すれば良く、配置ピッチを縦方向と横方向で所望の拡散パターンとなるようにするには、画像の放射分布として得たい拡散パターンに対して、その逆空間パターンをフーリエ変換によって作成し、このパターンを基に、マスクパターンを設計すればよい。

なお、円柱状構造体１６を備えた異方性拡散層１２の形成方法は上記方法に限定されるものではない。

次に、本実施形態で使用される光硬化性樹脂組成物（光重合性組成物）について説明する。
（多官能モノマー）
光重合性組成物としては、多官能モノマーが含まれることが好ましい。このような多官能モノマーとしては、（メタ）アクリロイル基を含む（メタ）アクリルモノマーや、ビニル基、アリル基等を含有するものが特に好ましい。

多官能モノマーの具体例としては、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、１，４−ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、水添ジシクロペンタジエニルジ（メタ）アクリレート、エチレンオキサイド変性ビスフェノールＡジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、テトラメチロールメタンテトラ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、多官能のエポキシ（メタ）アクリレート、多官能のウレタン（メタ）アクリレート、ジビニルベンゼン、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、トリアリルトリメリテート、ジアリルクロレンデート、Ｎ，Ｎ’−ｍ−フェニレンビスマレイミド、ジアリルフタレート等が挙げられ、これらを単独であるいは２種以上の混合物として使用することができる。

中でも、分子内に３個以上の重合性炭素−炭素二重結合を有する多官能性モノマーは、重合度差による架橋密度の粗密がより大きくなりやすく、上述の柱状構造体が形成されやすくなる。

特に好ましい３個以上の重合性炭素−炭素二重結合を有する多官能性モノマーとしては、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、テトラメチロールメタンテトラ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレートがある。

重合性組成物として２種以上の多官能モノマーあるいはそのオリゴマーを使用する場合には、それぞれの単独重合体としたときに互いに屈折率が異なるものを使用することが好ましく、その屈折率差が大きいものを組み合わせることがより好ましい。
回折などの光制御機能を高効率で得られるようにする為には屈折率差を大きくとることが必要であり、その屈折率差が０．０１以上であることが好ましく、０．０５以上であることがより好ましい。また、重合過程でモノマーが拡散することにより屈折率差が大きくなるので、拡散定数の差が大きい組み合わせが好ましい。

なお、３種以上の多官能モノマーあるいはオリゴマーを使用する場合は、それぞれの単独重合体の少なくともいずれか２つの屈折率差が上記範囲内となるようにすればよい。また、単独重合体の屈折率差が最も大きい２つのモノマーあるいはオリゴマーは、高効率な回折、偏向、拡散などの機能を得る為に、重量比で１０：９０〜９０：１０の割合で用いることが好ましい。

（単官能モノマー）
また、光重合性組成物２０には、上記のような多官能モノマーあるいはオリゴマーとともに、分子内に１個の重合性炭素−炭素二重結合を有する単官能モノマーあるいはオリゴマーを使用してもよい。このような単官能モノマーあるいはオリゴマーとしては、（メタ）アクリロイル基を含む（メタ）アクリルモノマーや、ビニル基、アリル基等を含有するものが特に好ましい。

単官能モノマーの具体例としては、例えば、メチル（メタ）アクリレート、テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、エチルカルビトール（メタ）アクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチル（メタ）アクリレート、イソボニル（メタ）アクリレート、フェニルカルビトール（メタ）アクリレート、ノニルフェノキシエチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシ−３−フェノキシプロピル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリロイルオキシエチルサクシネート、（メタ）アクリロイルオキシエチルフタレート、フェニル（メタ）アクリレート、シアノエチル（メタ）アクリレート、トリブロモフェニル（メタ）アクリレート、フェノキシエチル（メタ）アクリレート、トリブロモフェノキシエチル（メタ）アクリレート、ベンジル（メタ）アクリレート、ｐ−ブロモベンジル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、トリフルオロエチル（メタ）アクリレート、２，２，３，３−テトラフルオロプロピル（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリレート化合物；スチレン、ｐ−クロロスチレン、ビニルアセテート、アクリロニトリル、Ｎ−ビニルピロリドン、ビニルナフタレン等のビニル化合物；エチレングリコールビスアリルカーボネート、ジアリルフタレート、ジアリルイソフタレート等のアリル化合物等が挙げられる。

これら単官能モノマーあるいはオリゴマーは成形体１に柔軟性を付与するために用いられ、その使用量は多官能モノマーあるいはオリゴマーとの合計量のうち１０〜９９質量％の範囲が好ましく、１０〜５０質量％の範囲がより好ましい。

（ポリマー、低分子化合物）
また、光重合性組成物２０には、前記多官能モノマーあるいはオリゴマーと重合性炭素−炭素二重結合を持たない化合物を含む均一溶解混合物を用いることもできる。
重合性炭素−炭素二重結合を持たない化合物としては、例えば、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレンオキシド、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ナイロン等のポリマー類、トルエン、ｎ−ヘキサン、シクロヘキサン、アセトン、メチルエチルケトン、メチルアルコール、エチルアルコール、酢酸エチル、アセトニトリル、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフランのような低分子化合物、有機ハロゲン化合物、有機ケイ素化合物、可塑剤、安定剤のような添加剤等が挙げられる。

これら重合性炭素−炭素二重結合を持たない化合物は、成形体１を製造する際に光重合性組成物２０の粘度を調節し取り扱い性を良くする為に用いられ、その使用量は多官能モノマーあるいはオリゴマーとの合計量のうち１〜９９質量％の範囲とすることが好ましく、取り扱い性も良くしつつ規則的な配列を持った柱状構造体を形成させる為には１〜５０質量％の範囲がより好ましい。

（開始剤）
光重合性組成物２０に使用する光重合開始剤は、紫外線等の活性エネルギー線を照射して重合を行う通常の光重合で用いられるものであれば、特に限定されるものではなく、例えば、ベンゾフェノン、ベンジル、ミヒラーズケトン、２−クロロチオキサントン、ベンゾインエチルエーテル、ジエトキシアセトフェノン、ｐ−ｔ−ブチルトリクロロアセトフェノン、ベンジルジメチルケタール、２−ヒドロキシ−２−メチルプロピルフェノン、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブタノン−１、ジベンゾスベロン等が挙げられる。

これら光重合開始剤の使用量は、その他の光重合性組成物の重量に対して０.００１〜１０質量％の範囲とする事が好ましく、成形体１の透明性を落とさないようにする為に０.０１〜５質量％とする事がより好ましい。

このような異方性拡散層１２による拡散現象を、図３に沿って説明する。図３は異方性拡散層１２の断面を模式的に示した図面である。
異方性拡散層１２中には、光の波長に近い直径を有する周囲のマトリックス１４とは屈折率の異なる柱状構造体１６が、異方性拡散層１２の表面に直交して延びるように配置されている。

このような構造の異方性拡散層１２に、異方性拡散層１２の表面に直交する方向から光が入射すると、柱状構造体１６が散乱源として機能し、半値幅がおよそ１０〜８０°の散乱分布を示すことが出来る。一方、異方性拡散層１２に対する光の入射角が、表面に直交する方向から、例えば３０°以上傾くと、光は散乱されずにほとんどが透過される。

上記実施形態のスクリーン１では、したがって、使用時に柱状構造体１６が水平方向に延びるように配置されるので、スクリーン１の上方、または側方から入射、すなわち異方性拡散層１２に所定角度で入射する外光は、柱状構造体１６によって散乱されずに、フレネル部材の棚面に届き、この吸光面として機能する棚面で吸光される。この結果、スクリーン上の画像のコントラストの低下が抑制される。

また、異方性拡散層１２内の柱状構造体の面内配置には規則性がないため、モアレ等の発生はない。

本発明の実施例について説明する。
（実施例）
まず、金型及び黒色顔料入りの紫外線硬化型樹脂を用いて基材(ＰＥＴフィルム等の紫外線透過フィルム)上にフレネル形状部材を形成する。このようにして成型したフレネル形状部材の反射面に金属蒸着(Ａl蒸着)を行う。続いて、フェノキシエチルアクリレート３０質量部とトリメチロールプロパントリメタクリレート７０質量部からなる混合物に、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン０．６質量部を溶解させ光重合性組成物を得た。フレネル形状部材に上記光重合性組成物を塗布して、まず、マスクを介した平行光を照射した後、続いて平行光として照射して樹脂硬化させて本実施例の係るスクリーンを得た。

このようにして得られた異方性拡散層の拡散パターンを図４に示す。X（横）方向とY（縦）方向の配列ピッチの違いに応じて縦方向と横方向の広がり角が異なる拡散パターンが得られる。

このようにして得られたスクリーンに、蛍光灯を点けた室内で、プロジェクションからの映像を投射すると、コントラストの良い映像を視聴することが出来た。

本発明の好ましい実施形態の反射型プロジェクションスクリーンの縦断面を概略的に示す模式面である。図１の反射型プロジェクションスクリーンで使用される異方性拡散層の構造を概略的に示す模式的な斜視面である。図２の異方性拡散層の作用を説明するための図面である。本発明の実施例で得られた異方性拡散層の拡散パターンを示す図面である。

符号の説明

１：スクリーン
２：基材
４：フレネル形状部材
６：柱状突起部
８：棚面（吸光面）
１０：傾斜面（反射面）

Claims

上方に向けられた棚面が吸光面とされ、下方に向けられた傾斜面が反射面とされたリニアフレネル部材と、
該リニアフレネル部材のフレネル面を覆って配置され、所定角より大きな入射角の入射光は拡散させない異方性の拡散特性を有する異方性拡散層と、を備えている、
ことを特徴とする反射型プロジェクションスクリーン。
前記異方性拡散層が、マトリックスと、該マトリックス内に配置された前記マトリックスと屈折率の異なる複数の拡散部とを備え、該拡散部は水平方向の配置分布が垂直方向の配置分布と異なる、
請求項１に記載の反射型プロジェクションスクリーン。
異方性拡散層が、光硬化性樹脂組成物に所定方向から光通過域と光不通過域とを有するフォトマスクを介して平行光を照射し、照射された部位を、未完全な硬化状態に硬化させる第１の光照射工程と、前記フォトマスクを取り外して、更に光強度分布が略一定の平行光を前記光硬化性組成物に向けて照射して、前記光硬化性組成物の硬化を完了させる第２の光照射工程とによって生成され、該フィルム内に光硬化性組成物からなるマトリックスと、該マトリックス中で前記平行光の照射方向に延びるように配向された該マトリックスと屈折率が異なる複数の柱状構造体と、を備えた相分離構造を備えている、
請求項１または２に記載の反射型プロジェクションスクリーン。