JP2009169037A - 反射型スクリーン及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】左右の視野角が広く、明るく外光コントラストに優れた反射型スクリーンを提供する。
【解決手段】背面側に反射層１３を備えた反射型スクリーン１０であって、レンズの凸部を反射層１３側に向けたレンチキュラーレンズシート１１と、レンチキュラーレンズシート１１と反射層１３との間に充填され、屈折率がレンチキュラーレンズシート１１のレンズの屈折率より小さい着色層１２を、備える。これにより、明るく、コントラストに優れた反射型スクリーンを提供するとともに、簡便に製造することを可能にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、反射型スクリーンに関する。

従来から、液晶、ＤＭＤ（Digital Micro mirror Device）を映像源としたプロジェクタが広く普及している。特に、スクリーン前面に映像光を投射するフロントプロジェクタは、容易に画像投影寸法を対角１００インチなどと大型にすることができるという長所があるため広く使用されている。このフロントプロジェクタでは、明室で観視すると外光がスクリーン面で反射して映像のコントラストが劣るという欠点がある。

この点を改善するためのスクリーンの一例が、特許文献１に開示されている。特許文献１に開示のスクリーンでは、レンチキュラーレンズシートの背面側に反射層と光吸収層が設けられている。そして、反射層によって映像光を反射し、光吸収層によって外光を吸収することにより、コントラストを向上させている。また、特許文献１には映像光源とスクリーンの配置を考慮し、反射層等の位置を定める技術も提案されている。具体的には、映像光源をスクリーンの中心付近に配置した場合を考慮し、レンチキュラーレンズシート入射面のレンズ部と、光吸収層又は反射層との相対位置をスクリーンの中心側と外側とで異ならせている。

ところで近年、映像の高精細化する要求が高まっている。例えば対角１００インチの画像投影寸法で垂直方向に１０８０ピクセル、縦横比９：１６の映像では、垂直方向１ピッチの画素の大きさは約１ｍｍとなる。特許文献１のようなスクリーンではレンチキュラーレンズのピッチと画素ピッチとが干渉して起こるモアレ障害を回避する必要がある。モアレ障害の回避の方法としては、（１）両者のピッチ比が略整数倍となる事を避ける方法と、（２）一方のピッチを他方に対し例えば１／４以下に小さくする方法、とが代表的である。ここで、フロントプロジェクタでは、一般に画像投影寸法を変化させられるものが多いことを考慮すると前記（１）の方法では対応できない。従って前記（２）の方法を採用する事になるが、レンチキュラーレンズのピッチを画素ピッチより大きくすると映像の精細さを欠く事になるため、レンチキュラーレンズのピッチを画素ピッチの１／５以下などとする必要がある。結局、高精細で対角１００インチ程度の画像投影寸法でレンチキュラーレンズのピッチを０．３〜０．２ｍｍ以下などとする必要がある。

よって、特許文献１のような、レンチキュラーレンズシートの各レンズ部に対応して光吸収層又は反射層を形成した構成であるスクリーンを安価に製造することは非常に困難である。

外光コントラストを改善するための別の技術として、特許文献２が開示されている。特許文献２に開示のスクリーンは入射面側に微小球状体を備えた、いわゆるビーズスクリーンであり、さらに特許文献２の特徴として微小球状体の周囲に光吸収層を設けている。このようなスクリーンでは、ビーズのレンズ効果により映像光を投射方向へ集中的に反射する事ができ、明るい映像を提供できる。また光吸収層により外光を吸収し、コントラストを改善する効果がある。

しかしビーズは上下左右全ての方向に関して集中的に反射するため、特に左右の視野角が狭くなる、という問題がある。特に近年は縦横比９：１６の映像が多く用いられ、従来の縦横比３：４の映像に比べて横長であるため、左右の視野角が狭いスクリーンは問題である。

また球体を平面に敷き詰めた場合、隙間が生じるため理想的な最密充填でも面積利用効率は９１％であり、投射映像を十分利用しているとは言えない。
特開平４−２１４５４７号公報 特開平９−０９６８７０号公報

上述したような従来技術では解決されない、左右の視野角が広く、明るく外光コントラストに優れた反射型スクリーン、及び、その反射型スクリーンを簡便に製造する方法が求められている。

本発明に係る反射型スクリーンの一態様は、背面側に反射層を備えた反射型スクリーンであって、レンズの凸部を前記反射層側に向けたレンチキュラーレンズシートと、前記レンチキュラーレンズシートと前記反射層との間に充填され、屈折率が前記レンチキュラーレンズシートの屈折率より小さい着色層とを、備える。これによって、明るく、コントラストに優れた反射型スクリーンを簡便に製造することができる。

本発明に係る反射型スクリーンにおいて、前記着色層は、凸レンズの先端から前記反射層までの厚みが、前記レンズ高さの０．０１倍以上２倍以下であることが好ましい。また、前記レンズは、隣接するレンズの境界部とレンズの先端とを結ぶ線と、スクリーン面に垂直な線とによって形成される角度が５°以上４０°以下になる高さを有することが好ましい。

さらに、前記レンズは、先端部に平坦面有するレンズ斜面である場合、前記レンズ斜面がスクリーン面に垂直な線と交わる角度が４５°以上であることが好ましい。前記レンチキュラーレンズシートのレンズピッチは、０．０３ｍｍ以上０．３ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。前記レンチキュラーレンズシートは、レンズの長手方向を水平方向に配置されていることが好ましい。

本発明にかかる背面側に反射層を備えた反射型スクリーンの製造方法の一態様は、凸部のレンズを有するレンチキュラーレンズシートを製造する工程と、前記反射層を製造する工程と、前記レンチキュラーレンズシートの前記レンズの凸部側と、前記反射層との間に、前記レンチキュラーレンズシートの屈折率より小さい着色層を形成する工程と、を備える。

本発明によれば、左右の視野角が広く、明るく外光コントラストに優れた反射型スクリーン、及び、その反射型スクリーンを簡便に製造する方法を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。各図面において同一の構成または機能を有する構成要素および相当部分には、同一の符号を付し、その説明を省略する。本明細書において、レンチキュラーレンズシート（適宜「レンチキュラーレンズ」ともいう）は、単位レンズ複数並列したシートをいう。単位レンズ（適宜「レンズ」ともいう）は、レンチキュラーレンズシートを構成する凸型のレンズである。また、Ｘ〜Ｙ（Ｘ，Ｙは数値）は、Ｘ以上Ｙ以下を意味する。

（実施形態１）
以下、図を用いて本発明のスクリーンを説明する。図１は本発明のスクリーンの一例の断面を示した概略図である。同図に示すように、反射型スクリーン１０は、入射面側のレンチキュラーレンズシート１１と、背面側の反射層（光反射層）１３とが着色層１２を介して一体化されている。

着色層１２の屈折率は、レンチキュラーレンズシート１１の屈折率より小さい。これにより、スクリーン正面方向から照射された映像光と、天井の照明など上方から入射する外光とで着色層１２で減衰される程度が異なってくる。

図２を用いて、反射型スクリーン１０に映像光が反射される様子を示す。同図にはスクリーン断面の拡大図と映像光がスクリーン中を通過反射する光線経路が示されている。Ｌ１はスクリーン正面方向から単位レンズの光軸中心近傍に入射した光線である。光線Ｌ１はレンズ内を進んだ後、レンズと着色層１２との界面に達する。単位レンズの光軸中心近傍では入射角が小さいため大きな角度では屈折せずに反射層１３へ達し、反射層１３で反射された後、観察側へ出射する。このとき、レンズの先端付近と反射層１３との間に存在する着色層１２の厚みは比較的小さいため、映像光の減衰は小さい。

図２のＬ３はスクリーン正面方向から単位レンズの光軸中心から離れ、レンズ谷部近傍に入射した光線である。光線Ｌ３はレンズ内を進んだ後、レンズと着色層１２との界面に達する。単位レンズの光軸中心近傍では入射角が大きいため界面で全反射し、単位レンズの先端付近に到達する。レンズの先端付近では入射角が小さいため、界面で全反射せずに反射層１３へ達し、反射層１３で反射された後、観察側へ出射する。このとき、レンズの先端付近と反射層１３との間に存在する着色層１２の厚みは比較的小さいため、映像光の減衰は小さい。

図２のＬ２はスクリーン正面方向から単位レンズの光軸中心からやや離れ、Ｌ１とＬ３の中間位置に入射した光線である。光線Ｌ２はレンズ内を進んだ後、レンズと着色層１２との界面に達する。単位レンズの光軸中心近傍では入射角がやや大きいため界面で屈折して反射層１３へ達し、反射層１３で反射された後、観察側へ出射する。このとき、レンズと反射層１３との間に存在する着色層１２の厚みはやや大きいため、映像光の減衰はＬ１、Ｌ３に比べるとやや大きい。

次いで図３を用いて反射型スクリーン１０に外光が反射される様子を示す。同図にはスクリーン断面の拡大図と外光がスクリーン中を通過反射する光線経路が示されている。外光は天井などに設置された照明などからスクリーンへ照射されるため、スクリーン斜め上方から入射する。同図では紙面左上から入射する場合を示している。

単位レンズに対して任意の位置へ入射した外光は、レンズ内を進んだ後レンズと着色層１２との界面に達する。このとき光線はレンズの片側斜面に斜めに入射するため全反射せずに反射層１３へ達し、反射層１３で反射された後、観察側へ出射する。このとき、同図に示すように外光は着色層１２の中を比較的長い距離通過する。よって、外光は大きく減衰する。

以上のように、スクリーン全体としてはスクリーン正面方向から入射した映像光は比較的減衰せずに反射され、外光は比較的大きく減衰されるため、明るくコントラストに優れた映像を提供できる。

本発明では、レンズ先端が反射層１３に接する事なく、レンズと反射層１３との間に着色層１２が存在する必要がある。着色層１２が存在しない場合はホットスポット、ホットバーと呼ばれる正面のみが明るくなる現象が生じ、問題である。なお本発明における着色層１２の厚みとは、図４に示す通り、レンズ先端と反射層までの距離（レンズ先端と反射層までの最短距離）をいう。着色層の厚みは映像の明るさとコントラスト性能のバランスを考慮して決定すればよいが、レンズ高さの０．０１倍以上２倍以下、レンズ高さの０．０５倍以上１倍以下であることが好ましく、０．１倍以上０．８倍以下であることがより好ましい。

本発明ではレンズ高さの設定も重要である。レンズ高さとは、図４に示す通り、レンズの先端から隣り合うレンズの境界部（以下、「レンズの谷部」という事がある）までの距離（二つのレンズの境界部を結ぶ線とレンズの先端を結ぶ線との距離）をいう。図５は、レンズ高さの低いレンズに左側から外光が入射する例を示している。レンズ高さが低い場合、図５に示す通り、レンズ斜面に入射した外光の一部はレンズと着色層の境界で全反射を繰り返し、観察側へ出射してしまい、外光コントラスト性能を劣化させる。すなわち、図６に示すような、隣り合うレンズの境界部とレンズ先端とを結ぶ線とスクリーン面に垂直な線とが交わる角度θが４０°以下になるレンズ高さが好ましい。これは図５中、二点鎖線で示したような、ある程度小さな角度θが好ましいことを示す。

スクリーンのほぼ真上方向から入射する外光は、スクリーン表面で屈折してレンズに入射するが、図５に示す通り、そのときの角度αはいわゆる臨界角となる。レンチキュラーレンズシート１１を構成する物質は一般に合成樹脂などであることを考慮すると、その屈折率（ｎ）は１．５〜１．６程度であり、この場合の角度αは約４０°（例えば、α＝３９°〜４２°）となる。したがって、レンズ高さは上述の通り、レンズ先端と境界部とを結ぶ線がスクリーン面に垂直な線と交わる角度θを４０°以下にするレンズ高さが好ましい。

一方、レンズ高さが過度に高いと視野角が狭くなりすぎるため、レンズ先端と境界部とを結ぶ線がスクリーン面に垂直な線と交わる角度θを約５°以上にするレンズ高さが好ましい。また、より好ましくは角度θが１０°以上３５°以下である。

本発明におけるレンズの断面形状は楕円、放物線、双曲線、折れ線状などを採用でき、またこれらを複合させることで視野角を調整できる。またレンズの先端を切り欠いたような平坦部があっても良い。ただしいずれの形状においてもレンズ先端におけるレンズ斜面とスクリーン面に垂直な線とが交わる角度βが４５°以上である事が好ましい。これ以下であると、レンズ先端部近傍の着色層の厚みがレンズ配列方向に急激に変わることになり、上下方向の視野角が急激に変わる部分が生じ、好ましくない。図７にレンズの先端部分を切り欠いて断面を三角形状としたレンズの一例を示している。図７に示す例では、レンズの先端部分のレンズ斜面とスクリーン面に垂直な線とが交わる角度βを４５°以上にするようなレンズ斜面を形成することが好ましい。図７では、レンズ斜面の一例を示しているが、この形状に限られることはなく、その他の形状であっても、角度βに相当する角度が４５°以上であることがこのましい。また、より好ましくは角度βが６０°以上である。

（その他の実施形態）
レンズの形状は図８に示すように上下非対称であってもよい。図８に示す反射型スクリーン２０は、断面が上下非対称なレンズから構成されるレンチキュラーレンズシート２１、反射層２３、及び、レンチキュラーレンズシート２１と反射層２３との間に充填される着色層２２を示している。実施形態１では、図１〜図７に示すように、反射型スクリーン１０を配置した状態で上下対称なレンズを示していたが、これに限られることはない。特に斜め下方から映像を投射する場合は、レンズ先端が上方にずれている事が好ましい。

レンチキュラーレンズと反射層の間は全て着色層で満たされる事がコントラスト性能の点で好ましいが、レンズ谷部近傍は空気層があっても良い。
反射層は鏡面反射である事が好ましい。拡散性が大きすぎると映像光及び外光が図２、３に示したような経路を通らないので明るさ及びコントラスト性能が不十分となる場合がある。
最も観察側の面は防眩機能、反射防止機能を付与する事が好ましい。映像光が最も観察側の面で反射し、まぶしくなる事を防止できる。

レンチキュラーレンズのピッチは０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲が好ましい。これより大きいと、投写された映像のスクリーン面における画素ピッチとレンズピッチが干渉して生じるモアレ障害が目立つ場合がある。これより小さいとレンズを精度よく製造することが難しくなる。

本発明のレンチキュラーレンズシートは公知の方法で製造でき、例えば熱可塑性樹脂を用いた押出し製法や、ベースシートと紫外線硬化樹脂を用いたいわゆる２Ｐ製法などを採用できる。またレンチキュラーレンズシートには成形のむらを目立ちにくくする目的などで拡散材を０．１〜１０重量％程度混入してもよい。

着色層はレンチキュラーレンズのレンズ部より屈折率が低い事が必要であり、例えば着色層としてアクリル系樹脂、ウレタン系樹脂を用い、レンチキュラーレンズとしてスチレン系樹脂、ポリカーボネート樹脂などを採用できる。
着色層中に含まれる着色剤としては、カーボン粒子、染料などを用いる事ができる。

反射層としては金属蒸着膜などを採用でき、例えばポリエチレンテレフタレート系樹脂フィルムにアルミニウムを蒸着したものを使用できる。
反射層の更に背面側に裏打ち層を設けても良い。難燃性および巻き取り収納した際のこすれによる表面傷付きが少ない点で例えば軟質塩化ビニル製シートが好ましい。

レンチキュラーレンズシート、着色層、反射層の積層方法としては、たとえばレンチキュラーレンズシートと金属蒸着フィルムとを、着色層を兼ねた接着層を使用して貼り合わせる事ができる。着色層を兼ねた接着層としては、公知の粘着材に着色剤を含有させたものを使用出来る。また紫外線硬化性の樹脂液に着色剤を含有させたものを使用し、レンチキュラーレンズシートと金属蒸着フィルムとを圧して積層した後、レンチキュラーレンズシート側から紫外線を照射する事で貼り合わせてもよい。

例えば、反射型スクリーンは、上記のような製造方法を用いて、次のような工程によって製造する。まず、凸部のレンズを有するレンチキュラーレンズシートと、反射層とを製造する。続いて、レンチキュラーレンズシートのレンズの凸部側と、反射層との間に、レンチキュラーレンズシートの屈折率より小さい着色層を形成する。着色層は、例えば、レンチキュラーレンズシートへ着色材料を塗布して着色層を形成した後、さらに反射層を着色層へ接着させる。このとき、着色層を形成したレンチキュラーレンズシートと反射層とをロールにより押圧し、押圧する圧力を調整して余分な着色材料を排除しながら積層する事で、着色層の厚み一定にすることができる。

以上のように、本発明の好適な実施形態によれば簡便な製造方法で明るく外光コントラストに優れたスクリーンを提供できる。具体的には、本発明のスクリーンの一態様は、スクリーン正面方向から照射された映像光は大きな減衰が無く観視側へ反射できる一方、上方から入射する外光は比較的大きな減衰を伴って観視側へ反射するため、外光コントラストに優れる。
なお、本発明は上記に示す実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲において、上記実施形態の各要素を、当業者であれば容易に考えうる内容に変更、追加、変換することが可能である。

本発明のスクリーンの一例の断面を示した概略図である。 実施形態１において、反射型スクリーンに映像光が反射される様子を示す図である。 実施形態１において反射型スクリーンに外光が反射される様子を示す レンズの高さを説明する図である。 レンズ高さの低いレンズに左側から外光が入射する例を示す図である。 好ましいレンズ高さの一例を示す図である。 レンズの先端部分を切り欠いて断面を三角形状としたレンズの一例を示す図である。 レンズの形状が上下非対称なレンチキュラーレンズシートを有する反射型スクリーンの一例を示す図である。

符号の説明

１０、２０ 反射型スクリーン
１１、１１ａ、１１ｂ、２１ レンチキュラーレンズシート
１２、１２ａ、１２ｂ、２２ 着色層
１３、１３ａ、１３ｂ、２３ 反射層

Claims (7)

1. 背面側に反射層を備えた反射型スクリーンであって、
   レンズの凸部を前記反射層側に向けたレンチキュラーレンズシートと、
   前記レンチキュラーレンズシートと前記反射層との間に充填され、屈折率が前記レンチキュラーレンズシートの屈折率より小さい着色層とを、備える反射型スクリーン。
2. 前記着色層は、凸レンズの先端から前記反射層までの厚みが、前記レンズ高さの０．０１倍以上２倍以下であることを特徴とする請求項２記載の反射型スクリーン。
3. 前記レンズは、隣接するレンズの境界部とレンズの先端とを結ぶ線と、スクリーン面に垂直な線とによって形成される角度が５°以上４０°以下になる高さを有することを特徴とする請求項１または２記載の反射型スクリーン。
4. 前記レンズは、先端部に平坦面を有するレンズ斜面である場合、前記レンズ斜面がスクリーン面に垂直な線と交わる角度が４５°以上であることを特徴とする請求項１または２記載の反射型スクリーン。
5. 前記レンチキュラーレンズシートのレンズピッチは、０．０３ｍｍ以上０．３ｍｍ以下の範囲であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の反射型スクリーン。
6. 前記レンチキュラーレンズシートは、レンズの長手方向が水平方向に配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の反射型スクリーン。
7. 背面側に反射層を備えた反射型スクリーンの製造方法であって、
   凸部のレンズを有するレンチキュラーレンズシートを製造する工程と、
   前記反射層を製造する工程と、
   前記レンチキュラーレンズシートの前記レンズの凸部側と、前記反射層との間に、前記レンチキュラーレンズシートの屈折率より小さい着色層を形成する工程と、を備える反射型スクリーンの製造方法。

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